Na początku historycznym statek kosmiczny NASA monitoruje to, co znajduje się pod powierzchnią Marsa

Kiedy Galileusz obserwował Marsa przez teleskop ponad 400 lat temu, zarejestrował niewiele więcej niż pustą kulę zawieszoną w nieskończonej ciemności. W ciągu następnych czterech stuleci uczeni próbowali wypełnić puste miejsca.

Niedługo po Galileo pojawił się holenderski astronom Christian Huygens i dokonał głębokiego odkrycia Marsa. Huygens obserwował planetę w 1659 roku, mając duży, ciemny obszar na twarzy, zacieniony w miejscu w kształcie serca na rysunku czerwonej planety. Po raz pierwszy ludzie zaobserwowali powierzchowne cechy innego świata.

Prawie 359 lat później, w listopadzie 2018 roku, NASA Insight wylądował na Marsie Około 2000 mil na wschód od miejsca, agencja kosmiczna po raz ósmy umieściła na Czerwonej Planecie zautomatyzowanego badacza. Jej misją, przedłużoną niedawno do 2022 roku, jest wsłuchiwanie się w „bagna” i zrozumienie, co dzieje się pod powierzchnią naszego kosmicznego sąsiada.

w seria trzy studia Opublikowany w Science czwartek globalny zespół naukowców opisał wnętrze Marsa przy użyciu danych uzyskanych z sejsmometru InSight, instrumentu reagującego na wibracje i hałasy pod powierzchnią Marsa. analiza serii trzęsień ziemi, Czuję to w InSight od 2019 rokuPo raz pierwszy naukowcom udało się odkryć wewnętrzne działanie innej planety w naszym Układzie Słonecznym – przełom w naukach o planetach.

ucho na ziemi

Pierwsza planetarna grzechotka wykryta przez sejsmometr InSight, znany jako SEIS, miała miejsce w 2019 r., podobnie jak pierwsza początkowa grafika z Huygens. Okazało się, że Mars był bardziej aktywny sejsmicznie niż Księżyc, ale nie tak aktywny jak Ziemia, i dał naukowcom kuszący pierwszy rzut oka na to, jakie dane może zebrać InSight.

SEIS (na zdjęciu po prawej) to instrument w kształcie kopuły, wdrożony wkrótce po przybyciu InSight na Marsa. Znajduje się na glebie Marsa i, jak mówi NASA, wygląda jak stetoskop, nasłuchujący „pulsu” planety. To bardzo czuła technologia, która rejestruje fale sejsmiczne, które wibrują i wibrują we wnętrzu planety po trzęsieniu ziemi.

Zewnętrzna kopuła stanowi osłonę przed środowiskiem marsjańskim i chroni SEIS przed wiatrem i kurzem, które mogą wpływać na wewnętrzne pomiary drgań. Sam sejsmometr jest dość prostym urządzeniem: ma trzy obciążniki, zawieszone jak wahadło, które potrafią wykrywać drgania z różnych kierunków – jak wtedy, gdy przechodzi nad nim fala sejsmiczna z bagna.

Wcześniejsze badania wykazały, że bagna są powszechne, ale niezbyt silne. Tylko kilka nagrań rośnie o 3 Który na ziemi może brzmieć jak lekki ryk z odległości kilku mil, ale nie jest wystarczająco silny, aby spowodować poważne uszkodzenia konstrukcji i budynków. Większość pochodzi z górnej warstwy skorupy planety, ale badania wykazały, że 10 pochodzi z głębiej pod powierzchnią.

Słysząc fale z tych trzęsień ziemi, naukowcy zrozumieli wnętrze Marsa. Fale sejsmiczne poruszające się we wnętrzu planety są zmieniane przez materiały, z którymi się stykają – pozwalając InSight na namalowanie obrazu tego, co się dzieje w grunt.

Ogr, cebula i inne planety

Anatomia planety tak „zróżnicowanej” jak Mars jest, cytując 20-letni film, jak cebula (…lub ghul). Jego warstwy. Chociaż naukowcy wypełnili puste pola dotyczące właściwości powierzchniowych i atmosferycznych oraz składu chemicznego gleby, to, co dzieje się pod powierzchnią, pozostaje tajemnicą.

„Ze względu na wszystko, co wiemy o Marsie – większość ogranicza się do najwyższego metra” – mówi Gretchen Benedix, astronom z Curtin University w Australii, która nie była zaangażowana w badania. „To tak, jakby patrzeć na prezent i skupiać się na opakowaniu”.

W nowym zestawie badań naukowcy po raz pierwszy zbadali te warstwy, badając fale, które wstrząsały wspólnym systemem informacji o środowisku InSight. „Ta nowa informacja jest jak otwieranie prezentu, aby zerknąć” – mówi Benedix.

Jedno z badań, prowadzone przez Brigitte Knappmayer-Endron, geofizykę z Uniwersytetu w Kolonii, wykorzystało dane do zbadania górnej warstwy planety, znanej jako skorupa.

Górna warstwa skorupy, składająca się ze skał bazaltowych pochodzących ze starożytnych strumieni lawy, wydaje się mieć co najwyżej około 10 kilometrów (6,2 mil) grubości. Ale dane InSight ujawniły, że kolejna warstwa, mniej więcej dwa razy większa, leży bezpośrednio pod nią. Poniżej tego, jak powiedział Knapmeyer-Endrun w komunikacie prasowym, może być miejsce, gdzie zaczyna się „płaszcz” – co sprawia, że ​​skorupa Marsa jest „zaskakująco cienka”.

Zespół wykazał jednak, że w skorupie może znajdować się trzecia warstwa, sięgająca do głębokości około 40 kilometrów.

Jest też rdzeń marsjański, który sam w sobie stworzył kilka niespodzianek.

Jak pokazano na obrazku u góry, bagna mogą wysyłać wibracje aż do jądra planety, gdzie odbijają się i pędzą z powrotem do SEIS. Te znaki, jak opisane w badaniu Kierowany przez Simona Stählera, geofizyka z ETH Zurich w Szwajcarii, był stosunkowo słaby, ale pomógł oszacować rozmiar jądra planety. A rozmiar ma tutaj znaczenie.

Granica między płaszczem a jądrem wydaje się znajdować mniej niż 1000 mil pod powierzchnią, co jest większe niż sugerują niektóre badania. Zgodnie z towarzyszącym artykułem opublikowanym w Science w czwartek, sugestia jest taka, że ​​rdzeń żelazowo-niklowy jest mniej gęsty niż wcześniej oczekiwano, ale jest w stanie ciekłym, jak dowodzą inne badania.

Dlaczego wnętrze Marsa jest ważne?

Geofizyk z University of Texas, Yosio Nakamura, opisał powrót sejsmologii na Marsa jako „nowy świt” w Komentarz do nauki o przyrodzie w 2020 roku. Zdolność do wykrywania fal sejsmicznych pomaga nałożyć pewne podstawowe ograniczenia na to, jak planeta prawdopodobnie ewoluuje w czasie i, według Benedixa, „mówi nam wiele o ewolucji termicznej tej planety”.

Ciepło jest emitowane z jądra planety podczas jej formowania i wczesnej ewolucji, a dzięki poznaniu składu jądra naukowcy mogą postawić hipotezę, w jaki sposób Mars ochładzał się w czasie. Połączenie tego z innymi danymi, uzyskanymi przez orbitujące statki kosmiczne, NASA i chińskie statki kosmiczne, nie tylko pomaga nam zrozumieć Marsa, ale także ujawnia, w jaki sposób planety powstają, zmieniają się i ewoluują w Układzie Słonecznym i prawdopodobnie poza nim.

InSight próbował również bezpośrednio zmierzyć temperaturę pod powierzchnią czerwonej planety za pomocą „kryjącego kreta”. Ale na początku, kiedy kret próbował wkopać się w szaloną glebę Marsa, potknął się. Heroiczne próby uwolnienia kreta przez inżynierów NASA zakończyły się niepowodzeniem, a w styczniu zgon. Misja InSight jest jednak daleka od zakończenia – i będzie nasłuchiwać bagien do 2022 roku. Choć zapewnia tylko jedno „ucho”, niejako, powtarzane obserwacje powinny umożliwić naukowcom lepsze zrozumienie wnętrza Marsa. .

W niecałe cztery stulecia przeszliśmy od Huygensa naszkicującego smugę w kształcie serca na powierzchni Marsa do zrozumienia samego serca Marsa. Puste miejsca mogą być nadal wypełniane.