W 2021 roku ukazała się seria artykułów naukowych analizujących pierwsze dane z misji InSight. Czyli marsjańskiego lądownika, którego celem było zbadanie procesów geofizycznych zachodzących na naszej sąsiedniej planecie. Lądownik, który działał na Marsie w latach 2018–2022, był częścią programu NASA Discovery.
To seria stosunkowo niedrogich sond kosmicznych, pozwalających na zebranie wyjątkowo cennych i ukierunkowanych danych. Jednym z instrumentów na lądowniku InSight był współtworzony przez Niemiecką Agencję Kosmiczną oraz polskich naukowców i inżynierów (Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz Astronika) instrument HP3, popularnie zwany kretem.
Dane z instrumentów lądownika
Pierwsze dane pozyskane dzięki instrumentom InSight umożliwiły określenie wewnętrznej struktury Marsa. Jednak 18 września 2021 roku w Marsa uderzył meteoryt, co zarejestrował lądownik. Dane pozyskane dzięki temu zdarzeniu zakwestionowały pierwsze szacunki dotyczące wewnętrznej struktury Czerwonej Planety.
Budowa wnętrza Marsa / ryc. IPGP / CNES / N. Starter
Badając czasy propagacji, czyli rozprzestrzeniania się fal generowanych przez to uderzenie, międzynarodowy zespół kierowany przez Henriego Samuela, badacza CNRS w Institut de Pysique duGlobe de Paris wykazał obecność u podstawy marsjańskiego płaszcza warstwy stopionego krzemianu, pokrywającej metaliczne jądro. Ten nowy model struktury, opublikowany 26 października 2023 r. w prestiżowym czasopiśmie „Nature”, jest – zdaniem autorów – nie tylko bardziej spójny i realistyczny w porównaniu ze wszystkimi dostępnymi danymi geofizycznymi. Lepiej także wyjaśnia ewolucję Marsa od czasu jego powstania.
Rozchodzenie się fal sejsmicznych
W szczególności stratyfikacja płaszcza marsjańskiego, czyli układanie się skał osadowych warstwami, wyjaśnia niezwykle powolną propagację fal powstałych w wyniku uderzenia meteorytu we wrześniu 2021 r. Co więcej, w przypadku kilku starszych zdarzeń sejsmicznych momenty przybycia fal mierzone na powierzchni Marsa są zgodne z odbiciami fal poprzecznych na szczycie stopionej warstwy. Ta znajduje się kilkadziesiąt kilometrów nad metalowym jądrem planety, a nie w jądrze, jak wcześniej założono.
Zdaniem badaczy właśnie ta warstwa płynnego krzemianu ma pomóc wyjaśnić obserwowaną trajektorię Fobosa, najbliższego księżyca Marsa. Górna i częściowo stopiona część warstwy podstawowej skutecznie rozprasza deformacje powstałe w wyniku przyciągania grawitacyjnego Fobosa. Natomiast stały płaszcz nad tą warstwą jest sztywniejszy i słabo tłumiący sejsmicznie. To właśnie sugeruje wykrycie na powierzchni Marsa fal związanych ze zdarzeniami sejsmicznymi o stosunkowo małej sile.
Jądro Marsa mniejsze niż sądziliśmy
Co więcej, według zespołu Henriego Samuela właśnie obecność tej stopionej warstwy u podstawy płaszcza oznacza, że metaliczne jądro Marsa jest o 150–170 km mniejsze i o 5–8 proc gęstsze niż wykazywały poprzednie szacunki sejsmiczne. To gęstsze jądro składałoby się zatem ze stopu zawierającego mniej lekkich pierwiastków, niż sądzono poprzednio. Jednocześnie byłoby to w zgodzie z danymi kosmochemicznymi, pochodzącymi z analizy marsjańskich meteorytów i z eksperymentów wysokociśnieniowych.
Autorzy badania sugerują, że we wczesnej fazie ewolucji Mars prawdopodobnie pokryty był lawą. Jej krystalizacja wytworzyła u podstawy płaszcza stabilną, bogatą w żelazo i pierwiastki radioaktywne warstwę. Ciepło wydzielane przez radioaktywność wytworzyło podstawową warstwę stopionych krzemianów umieszczoną nad jądrem, na którą nałożyła się cieńsza, częściowo stopiona warstwa. W badaniu stwierdzono ponadto, że takie rozwarstwienie płaszcza izoluje metalowe jądro, zapobiegając w ten sposób jego ochłodzeniu.
Pole magnetyczne Marsa
– Pokrycie termiczne metalicznego jądra Marsa przez warstwę cieczy u podstawy płaszcza oznacza, że do wytworzenia pola magnetycznego rejestrowanego w skorupie marsjańskiej w ciągu pierwszych 500–800 milionów lat jej ewolucji niezbędne były źródła zewnętrzne. Źródłami tymi mogły być uderzenia energetyczne lub ruch jądra generowany przez interakcje grawitacyjne z dawnymi naturalnymi satelitami, które już nie istnieją – wyjaśnia Henri Samuel.
Ta warstwowa struktura wnętrza płaszcza Marsa, kontrastująca z strukturą Ziemi, wskazuje na odmienną ewolucję wewnętrzną tych dwóch planet. – Odkrycie tego rozwarstwienia w płaszczu Marsa otwiera nowe horyzonty badawcze. Dane sejsmiczne zarejestrowane przez instrument SEIS misji InSight będą teraz ponownie analizowane – mówi Mélanie Drilleau, inżynierka w ISAE-SUPAERO i współautorka badania.
Źródła: EurekAlert, Nature
Szukasz więcej fascynujących informacji na temat świata roślin i zwierząt, odkryć archeologicznych i nieskończonego Wszechświata? Zaprenumeruj magazyn „National Geographic Polska". Najnowszą ofertę znajdziesz na tej stronie.
