Вышедший из строя посадочный модуль NASA нарисовал совершенно новую картину внутреннего строения Марса

Прошло почти 3 года с тех пор, как миссия NASA InSight завершила работу на поверхности Марса, а ее солнечные панели покрылись пылью. Но данные с посадочного модуля, который улавливал сигналы от слабых марсотрясений, чтобы исследовать недра планеты, по-прежнему дают свежие результаты. Два новых исследования используют данные InSight, чтобы нарисовать радикально новый портрет Марса. Одно из них предполагает, что в недрах планеты находятся окаменелые остатки гигантских столкновений. Другой утверждает, что обнаружил твердое внутреннее ядро.

В совокупности полученные данные свидетельствуют о том, что планета больше похожа на Землю, чем ожидали исследователи. Первые результаты, опубликованные на прошлой неделе в Science, говорят о том, что марсианская мантия — слой горных пород, составляющий большую часть планеты, — не растекается и не перемешивается, как на Земле, а сохраняет остатки более мелких планетарных тел, которые столкнулись и образовали планету. Второе — результаты, опубликованные в Nature, показывают, что в центре Марса, как и в центре Земли, находится не расплавленное металлическое ядро, как предполагалось ранее в ходе анализа InSight, а твердое ядро.

Ни одна из статей не является бесспорной. Это связано с тем, что проводить сейсмологические исследования на Марсе непросто. На Земле исследователи используют сотни сейсмических станций для изучения сейсмических волн от тысяч сильных землетрясений, которые проходят через планету, иногда отражаясь от слоев разной плотности. Но у InSight была только одна сейсмическая станция, подверженная воздействию ветра, которая измеряла колебания, вызванные в основном слабыми марсианскими землетрясениями. Поэтому оба исследования вызовут скептицизм.

Но эти исследования, если они подтвердятся, могут изменить наше представление о том, как формируются каменистые планеты, рассказал Science геофизик из Техасского университета A&M Цянь Юань (Qian Yuan).

Застывшие в мантии остаточные структуры подтверждают идею о том, что каменистые планеты формируются в результате столкновения планетарных зародышей, а не из облака гравия, как предполагали некоторые исследователи. Исследование о внутреннем ядре бросает вызов моделям, которые предполагают, что ядро Марса полностью расплавлено.

«В отличие от недр Земли, которые перемешаны тектоникой плит, Марс — это капсула времени», — рассказал Константинос Хараламбус (Constantinos Charalambous), планетолог из Имперского колледжа Лондона и ведущий автор исследования.

Чтобы изучить эту древнюю историю, нужно было воспользоваться преимуществами высокочастотных сейсмических волн, которые на Марсе сохраняются гораздо дольше, чем на Земле, где они поглощаются водой.

Хараламбус и его коллеги заметили, что по мере того, как высокочастотные волны проникали все глубже в мантию, их приход к InSight задерживался все сильнее. По словам ученого, это похоже на то, как если бы маленькие автомобили наехали на камни на шоссе, в то время как марсотрясения с большой длиной волны проносятся мимо, как грузовики-монстры. Команда предполагает, что сейсмические препятствия — это кристаллизованные, затвердевшие остатки магматических океанов, которые образовались давным-давно, когда астероиды бомбардировали молодой Марс.

Тот факт, что Марс не избавился от этих остатков, говорит о том, что его мантия холодная и движется медленно, в отличие от горячей мантии Земли, в которой есть плюмы, поднимающиеся вверх и формирующие вулканические регионы. Это может объяснить слабую вулканическую активность на Марсе.

Утверждение о твердом внутреннем ядре, возможно, вызывает больше споров, поскольку предыдущие исследования указывали на полностью расплавленное ядро. Когда команда InSight обнаружила то, что казалось краем ядра, сейсмические данные не показали никаких признаков твердого вещества. Большой размер ядра также указывает на присутствие более легких элементов, таких как сера, иначе плотность Марса не соответствовала бы известной. Такие элементы снижают температуру плавления железа, что уменьшает вероятность его кристаллизации. А крошечные колебания в гравитационном поле планеты, измеренные в ходе радиоэксперимента на InSight, лучше всего объяснялись отсутствием твердого внутреннего ядра, хотя и не исключали его наличия.

Но когда Даоюань Сан (Daoyuan Sun), сейсмолог из Китайского университета науки и технологий, и его коллеги повторно изучили некоторые данные InSight, они увидели, что сейсмические волны, прошедшие через ядро и отразившиеся от границы между ядром и мантией с другой стороны, приходили на 50–200 секунд позже, чем должны были бы, если бы проходили через полностью расплавленное ядро. Это указывало на наличие плотного внутреннего ядра, которое замедляло их. Изучив данные, они также обнаружили сейсмическую волну, которая, по всей видимости, отразилась непосредственно от поверхности внутреннего ядра. По словам Сана, другие сейсмические волны, проанализированные группой, подтверждают это открытие.

Однако это открытие трудно согласовать с двумя исследованиями, опубликованными два года назад в Nature, которые показали, что прямо над ядром находится слой расплавленной мантийной породы, нагревающий его, как термоодеяло. Из-за этого тепла твердому ядру было бы сложнее охладиться и кристаллизоваться.

Этот результат также заставляет задуматься о магнитном динамо на Марсе, которое исчезло миллиарды лет назад. На Земле кристаллизация внутреннего ядра способствует движению расплавленного внешнего ядра, которое создает магнитное поле планеты.

Обнаружение расплавленного слоя и внутреннего ядра сопряжено с определенными трудностями, и будет непросто понять, как они соотносятся друг с другом. Команда исключила очевидные источники ошибок, но данные InSight в целом содержат много шума.

Недавно астрономы также впервые полностью разглядели ночные облака на Марсе.