Представление художника о внутренней структуре Марса

Сразу в трёх работах, опубликованных в журнале Science, учёные подробно описывают новые идеи, касающиеся состава и эволюции Марса, а конкретно – коры, мантии и ядра планеты. Проникнуть в её состав помогли сейсмические данные, собранные спускаемым аппаратом НАСА InSight.

Используемые данные были собраны за первую половину всего времени, которое спускаемый аппарат проработал на Марсе. InSight спустиля на планету в 2018 году и начал вести записи марсотрясений в феврале 2019 года. При этом его миссию уже продлили до 2022 года. НАСА даже выложило на SoundCloud звукозаписи этой сейсмической активности.

По словам Симона Сталера, ведущего автора одного из исследований, сейсмолога из Швейцарского геофизического института, значительную часть данных можно было бы получить и с орбиты, однако спускаемый аппарат помог подтвердить достоверность сведений.

Все записанные марсотрясения были достаточно слабыми, магнитудой до 4.0, но происходили при этом от двух до десяти раз в день.

В работе, посвящённой ядру, указано, что, измерив время отражения сейсмических волн от марсианского ядра, удалось установить, что оно находится на глубине в 1559 км – глубже, чем ожидалось. По сравнению с Землёй, плотность ядра гораздо ниже – от 5,7 до 6,3 г/см³. Вероятно, его железо-никелевый сплав богат лёгкими элементами типа серы. А по силе отражённых волн можно сделать вывод, что и у Марса ядро жидкое.

Также исследователи установили, что мантия у Марса относительно тонкая, вероятно из-за отсутствия бриджманитового (силикат-перовскитного) слоя, как у Земли. Из-за отсутствия такого изолирующего слоя планета вскоре после появления могла быстро охладиться и приобрести магнитное поле: судя по данным магнетометра InSight, намагниченность планеты в 10 раз больше, чем показывают расчёты на основе данных с орбитального модуля. Вероятно, на заре развития магнитное поле Марса было таким же сильным, как у Земли.

Скорость волн позволяет предположить, что толщина литосферы планеты составляет порядка 500 км, а в том месте, где сел InSight, кора Марса либо имеет два слоя и толщину в 20 км, либо три слоя и толщину в 32 км.

Делать выводы о составе планеты помогает то, что в её недрах проходят волны двух разных типов P-волны (продольные) и S-волны (поперечные). Их разные свойства (к примеру, S-волны не проходят через жидкость, в том числе, и через жидкое ядро) и скорость распространения помогают получать более полную картину происходящего.


S-волны от источника марсотрясения (красный кружок) проходят через литосферу Марса, отражаются от ядра и попадают в датчик InSight (белый кружок)

Это первые исследования, в которых сейсмологические исследования использовались для описания внутренностей другой планеты. Часть данных невозможно было бы получить, оставаясь только на орбите вокруг планеты.

Конечно, у аппарата были свои ограничения. Это пока единственный сейсмометр на Марсе, поэтому его возможности по измерению сейсмических волн, распространяющихся по всей планете, далеко не полны. Из-за этого, например, сложно измерять расстояние до точки их происхождения и разбираться в том, что послужило их источником. Сильные ветра и низкая температура также ограничивают возможности InSight по круглогодичному измерению волн.

Сталер уверен, что на Марсе ученые смогут откалибровать и отточить методы, которые затем пригодятся для изучения других планет, в частности, помогут сделать кое-какие выводы даже об экзопланетах.