Przejdź do treści

Rok badań wnętrza Marsa z lądownikiem InSight

img

26 listopada 2018 r. na wielkiej równinie Elysium Planitia w pobliżu marsjańskiego równika wylądowała amerykańska sonda InSight. Jest to pierwsza misja poświęcona w całości badaniu wnętrza Marsa. Dziś naukowcy podsumowują pierwszy rok badań.

W skrócie:

  • Zestaw opublikowanych ostatnio 6 artykułów naukowych podsumowuje pierwszy rok misji lądownika InSight.
  • InSight to pierwsza misja marsjańska NASA poświęcona badaniu wnętrza planety.
  • Na Marsie występują częste wstrząsy sejsmiczne, choć słabsze niż przewidywano
  • Zjawiska turbulencyjne w atmosferze planety są zaskakująco podobne do tych obserwowanych na Ziemi
  • Lokalne pole magnetyczne w miejscu lądowania jest 10 razy silniejsze niż przewidywano, wpływ wiatru słonecznego na to pole da się zaobserwować na powierzchni.

Instrumentami naukowymi lądownika InSight są: sejsmometr SEIS do wykrywania wstrząsów, stacja pogodowa do pomiarów temperatury, kierunku i prędkości wiatru i ciśnienia oraz próbnik ciepła Heat Probe 3, który miał wbić się 5 m pod powierzchnię i zarejestrować gradient temperaturowy. Oprócz próbnika HP3, który nadal próbuje zagłębić się w marsjańską ziemię, pozostałe badania działają już ponad rok i z pozyskanych przez nie danych można już formułować pierwsze wnioski.

Pod koniec lutego naukowcy opublikowali zestaw 6 artykułów naukowych opisujących wyniki pierwszego roku działania lądownika. Pięć z nich znalazło się w czasopiśmie Nature Geoscience, a jeden w Nature Communications.

Okazuje się, że Mars jest aktywną sejsmicznie planetą. Sonda wykryła przez ten rok więcej wstrząsów niż się spodziewano (ponad 450 sygnałów), ale na razie żaden zarejestrowany wstrząs nie przekroczył magnitudy 4.0. To za mało, by fala sejsmiczna przekroczyła dolny płaszcz i powiedziała coś więcej o jego budowie. Częstotliwość łagodniejszych wstrząsów przypomina te ziemskie, które mają swoje źródło na styku płyt tektonicznych.

Para kamer, mierniki ciśnienia, temperatury i wiatru, magnetometr oraz radiometr miały głównie pomóc w wychwytywaniu szumów dla sejsmometru, ale same dostarczyły wielu ciekawych informacji o Marsie. Lokalne pole magnetyczne w miejscu lądowania okazało się być 10 razy silniejsze niż wskazywały na to zdalne pomiary z orbiterów. Pomiary meteorologiczne pokazały, że atmosfera planety okazała się być bardziej dynamiczna niż przewidywano z falami baroklinicznymi, atmosferycznymi falami grawitacyjnymi i wirami konwekcyjnymi.


Miejsce lądowania i problemy polskiego Kreta

Sonda InSight wylądowała na rozległej dawnej równinie wulkanicznej Elysium Planitia, na południe od góry Elysium Mons i na północ od Krateru Gale’a - miejscu lądowania łazika Curiosity.

img
Mapa Marsa z naniesionym miejscem lądowania sondy InSight. Źródło: NASA.

1600 km na wschód od miejsca lądowania znajduje się region Cerberus Fossae - miejsce występowania uskoków, śladów po przepływach wulkanicznych i kanałach po przepływach ciekłej wody.

Sam lądownik znalazł się w niewielkim płaskim kraterze uderzeniowym, nieoficjalnie nazwanym Homestead Hollow. Krater jest wypełniony osadami ze zderzenia, zmodyfikowanymi przez procesy atmosferyczne.

Zewnętrzna warstwa regolitu w miejscu lądowania ma prawdopodobnie głębokość około 3 metrów. Ziemia pod lądownikiem cechuje się wyjątkowo wysoką porowatością i niską sztywnością. To spowodowało trwające już rok problemy z rozpoczęciem działania instrumentu Heat Probe.

Heat Probe to eksperyment, który ma polegać na zanurzeniu do 5 m pod ziemią próbnika ciepła, dzięki któremu naukowcy mogliby dowiedzieć się więcej o przepływach ciepła wewnątrz planety. Wbijanie się próbnika miał zapewnić zbudowany w Polsce przez firmę Astronika we współpracy z Centrum Badań Kosmicznych PAN mechanizm penetrujący Kret.

Niestety do tej pory nie udało się zanurzyć próbnikowi głębiej niż parędziesiąt centymetrów. Naukowcy i inżynierowie podejrzewają, że przyczyną niepowodzenia jest zbyt luźny materiał pod lądownikiem. Zespół misji próbował już kilka sposobów, niektóre skutkowały nawet pewnymi postępami.

Niedawno spróbowano kolejnego sposobu. Łyżka na ramieniu robotycznym lądownika przycisnęła penetrator do ziemi. Po pierwszych próbach widać niewielkie postępy we wbijaniu. Następne tygodnie pokażą, czy nowa strategia przyniesie postępy.

 

 


Wstrząsy Marsa

Poprzednio tylko lądownik Viking 2 został wyposażony w sejsmometr, ale jego możliwości były dosyć ograniczone. Na sondzie InSight sejsmometr SEIS jest głównym instrumentem misji.

W artykule zatytułowanym The seismicity of Mars naukowcy dzielą się analizą danych z sejsmometru SEIS, który do 30 września 2019 roku zarejestrował 174 wstrząsy. Wśród tych sygnałów 150 to wstrząsy o małych magnitudach i wysokich częstotliwościach. Fale te rozprzestrzeniają się tylko po skorupie Marsa i nie udało się zlokalizować miejsc, w których wystąpiły. Pozostałe 24 sygnały miały niskie częstotliwości i magnitudy 3-4 (na Ziemi są to już odczuwalne przez człowieka wstrząsy). Takie fale propagują na różnych głębokościach już w płaszczu planety.

Wygląd tych 24 silniejszych sygnałów przypomina sejsmiczne wydarzenia obserwowane na Ziemi i Księżycu. Na tej podstawie naukowcy wnioskują, że mają one pochodzenie tektoniczne. Trzy z tych sygnałów były na tyle silne, że dało się zlokalizować ich źródła. Co najmniej dwa z wstrząsów pochodzi z regionu Cerberus Fossae, znanego ze zdjęć orbitalnych z występujących tam jeszcze niedawno aktywności wulkaniczno-tektonicznej.

Jak podkreśla geolog planetarny Matt Golombek z Jet Propulsion Laboratory: “[Cerberus Fossae] jest jednym z najmłodszych tworów tektonicznych na Marsie. Dowody na wstrząsy tam nie są zaskakujące, ale dobrze je widzieć.” Naukowcy wskazują, że niektóre z uskoków obserwowanych w tamtejszych przepływach lawy mogły powstać zaledwie 2 miliony lat temu.

img
Osunięcia ziemi w regionie Cerberus Fossae. To stamtąd pochodzą dwa największe wstrząsy zarejestrowane do tej pory przez sondę InSight. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona.

Naukowcy spodziewali się, że sejsmometr zarejestruje też uderzenia meteorytów. Takie dane mogą dużo powiedzieć o właściwościach skorupy jak również pomóc w ustaleniu jak dużo meteorytów uderza w powierzchnię planety.

Przed rozpoczęciem misji spodziewano się rejestracji ok. 10 uderzeń podczas jednego ziemskiego roku misji. Na razie jednak nie udało się przypisać żadnego z otrzymanych sygnałów jakoby miał meteorytowe pochodzenie.

Naukowcy poszukują w zdjęciach satelitarnych śladów nowych kraterów, by spróbować przypisać takie wydarzenie którejś z odebranych przez sejsmometr fal. Sonda używa też pary swoich kamer w nocy w celu poszukiwań meteorów. Na razie jednak te działania nie przyniosły rezultatów.


Pogoda na Marsie

Pomiary meteorologiczne były wykonywane przez poprzednie misje. Również aktywny do tej pory łazik Curiosity posiada stację pogodową. Jednak dopiero lądownik InSight dostarcza w sposób ciągły i tak dokładny tak wiele różnych parametrów. Mierzone są jednocześnie: ciśnienie, siła i kierunek wiatru oraz temperatura powietrza.

Dane pogodowe sondy InSight pozwalają odszumiać dane z sejsmometru, ale też same w sobie stanowią dużą wartość naukową. Możemy się dzięki nim dowiedzieć o właściwościach atmosfery Czerwonej Planety. Pierwszymi takimi analizami dzielą się naukowcy w artykule "The atmosphere of Mars as observed by InSight".

Miejsce lądowania sondy okazało się być najbardziej dynamicznym pod względem występowania turbulencji powodujących powstawanie wirów pyłowych spośród wszystkich dotychczasowych misji, które wylądowały na Marsie. Zarejestrowano już tysiące trąb powietrznych, orbitery sfotografowały w pobliżu lądownika ślady po trąbach, żadnego pyłowego wiru jednak nie udało się jak na razie uchwycić w parze kamer sondy.

W danych pogodowych wykryto istnienie na Marsie atmosferycznych fal grawitacyjnych. To zjawisko znane na Ziemi, tworzące np. charakterystyczne chmury falowe. Ich obecność na Marsie zaskoczyła naukowców. 

Mars jest bardzo ciekawym miejscem dla badaczy zjawisk meteorologicznych, z uwagi na cienką atmosferę, która powoduje szybsze dzienne zmiany temperatur i ciśnienia. W porównaniu do Ziemi marsjańskie środowisko jest też dużo bardziej suche i większy wpływ na zjawiska pogodowe ma podnoszony z powierzchni pył. InSight trafił też na samym początku misji na lokalną burzę pyłową, która wzbogaciła różnorodność badanych przez sondę zjawisk.

img
Grafika podsumowująca zestaw sześciu artykułów naukowych z misji InSight. Źródło: J.T. Keane/Nature Geoscience.


Pole magnetyczne wokół lądownika 10 razy silniejsze niż przewidywano

Na sondzie InSight znalazł się też zewnętrzny magnetometr InSight Fluxgate (IFG). Jest to pierwsze takie urządzenie działające na powierzchni Marsa. Jego rolą jest zarówno dostarczanie danych pomocnych w odszumianiu sygnałów dla sejsmometru, ale również dostarczenie naukowych danych dotyczących lokalnych warunków magnetycznych w miejscu lądowania sondy.

Miliardy lat temu Mars posiadał własne pole magnetyczne. Te czasy już minęły, ale ślady dawnego pola zostały w namagnetyzowanych skałach od 60 m do kilka kilometrów pod powierzchnią.

Dzięki danym z sondy MAVEN oszacowano wartość indukcji magnetycznej w obszarze lądowania sondy. Na miejscu lądownik pokazał, że lokalne wartości są tam 10 razy większe.

Z racji tego, że w otoczeniu lądownika znajdują się tylko młode skały, to naukowcy uważają, że pole magnetyczne w Homestead hollow musi być wywoływane przez podpowierzchniowe warstwy skalne. Naukowcy łączą dane sejsmiczne i geologiczne z tymi obserwacjami, aby jak najwięcej dowiedzieć się o właściwościach tych skał podpowierzchniowych.

Naukowcy są też zaintrygowani czemu wektor pola magnetycznego zmienia się między dniem i nocą. Pewne hipotezy są teraz formułowane. Jedną z możliwości jest interakcja wiatru słonecznego i magnetosfery naszej gwiazdy z atmosferą Marsa. Takie obserwacje dowodzą też, że można badać interakcje między Słońcem i marsjańską atmosferą nie tylko z orbity, ale też z powierzchni planety.

Nadal trwa analizowanie danych i porównywanie odczytów sondy InSight z danymi z orbiterami. Dzięki temu być może uda się znaleźć dokładną lokalizację źródła wykrytego pola magnetycznego i ustalić wiek tych skał.

 

Na podstawie: NASA/Nature Geoscience/Nature Communications

Opracował: Rafał Grabiański

 

Więcej informacji:

 

Na zdjęciu: Wizja artystyczna sondy InSight na powierzchni Marsa z widocznymi w tle wirami pyłowymi. Źródło: IPGP/Nicolas Sarter.