Марсотрясения могут разрешить одну из самых неразгаданных тайн Солнечной системы

Контраст между двумя кластерами марсотрясений привел двух ученых к подозрению, что внутренняя структура Красной планеты существенно отличается в северном и южном полушариях. Если это так, то это будет решающим, возможно, решающим, доказательством в давнем споре о том, почему южное полушарие Марса находится намного выше северного. Новое исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.

Марс — планета с двумя совершенно разными полушариями, одно из которых на 5-6 километров выше другого. По словам профессора Хрвое Ткалчича из Австралийского национального университета, почти две трети Марса — это возвышенности, охватывающие почти все южное полушарие и некоторые экваториальные области севера. Ни одна другая планета или большая луна в Солнечной системе не имеет столь резкой разницы полушарий. Причина этого спора обсуждается с тех пор, как было обнаружено это различие; с учетом того, что дискуссия усилилась после открытия, толщина коры отличается еще больше — на 30 километров толще на юге.

Одна теория предполагает внутреннюю причину, другая рассматривает марсианское северное полушарие либо как гигантский ударный бассейн, высеченный огромным ударом астероида, либо как результат нескольких ударов вблизи друг друга. Тот факт, что магнитное поле земной коры сильно отличается между двумя полушариями, может показаться важной подсказкой, но не смогло разрешить вопрос, но Ткалчич надеется, что марсотрясения могут это сделать.

Миссия NASA InSight собрала данные о марсотрясениях и продемонстрировала, что, хотя некоторые марсотрясения вызваны ударами метеоритов, другие доказывают, что планета все еще геологически активна. Всего несколько дней назад анализ этих землетрясений был использован для доказательства того, что Марс имеет твердое ядро.

На Земле мы находим источник землетрясений, сравнивая время прибытия двух сейсмических волн на трех или более сейсмических станциях и триангулируя. Это невозможно с одним сейсмометром на Марсе, но источник некоторых землетрясений был установлен в Cerberus Fossae в Северной низменности. Профессор Вэйцзя Сунь из Китайской академии наук и Ткалчич применили различные методы, чтобы идентифицировать второй кластер как исходящий из Terra Cimmeria в Южном нагорье. Данные по кластеру Terra Cimmeria были скуднее, но все еще достаточно хороши для сравнения с данными с севера.

Сунь и Ткалчич пришли к выводу, что существует большая разница между коэффициентом качества затухания (Q) – который измеряет, как сейсмические волны от этих землетрясений подвергаются влиянию внутренней структуры планеты – двух кластеров. Они оценивают значение Q в 481-543 для землетрясений, происходящих из Terra Cimmera на юге. Напротив, основной кластер землетрясений, из Cerberus Fossae на севере, имеет значения Q в 800-2000, что предполагает гораздо меньшее затухание и, следовательно, прохождение через совершенно разные внутренние условия.

По мнению ученых, наиболее вероятной причиной являются различия в температуре материала, через который прошли сейсмические волны, при этом мантия под нагорьями более горячая. 

Подобное различие не может быть результатом какого-то древнего астероида, утверждают Сунь и Ткалчич. Вместо этого то, что мы видим на поверхности, отражает конвекционные потоки внутри Марса, переносящие тепло на южную сторону.

Ткалчич рассказал, что как сейсмолог, а не эксперт по геодинамике, он не знает, почему эта конвекция произошла и с тех пор не выровнялась. Однако он указал на предыдущее моделирование, которое показало, что такая разница может сохраняться в результате подъема более горячего мантийного материала.

Чтобы подтвердить этот вывод, не говоря уже о том, чтобы объяснить процессы, нам может понадобиться гораздо больше сейсмических детекторов. «На Земле у нас есть тысячи сейсмических станций, разбросанных по всей планете. Но на Марсе у нас есть одна станция, поэтому проблема заключается в определении местоположения этих марсотрясений, когда у вас есть только один инструмент», — сказал Ткалчич. 

InSight приземлился всего в 4,5 градусах к северу от марсианского экватора, но в пределах Северной низменности на равнине Элизий. Место было выбрано из-за дополнительного солнечного света вблизи экватора для питания солнечных панелей посадочного модуля и простоты посадки. Однако Ткалчич сказал: «Выбор был очень удачным, примерно одинаковое расстояние между местами расположения двух кластеров». Это значительно упростило сравнение.

Ткалчич рассказал, что причина скопления землетрясений пока неизвестна. «Причина любых марсотрясений, кроме ударов метеоритов, не вполне понятна», — сказал Ткалчич. «Мы до сих пор не знаем, являются ли они вулканическими по происхождению».

Успешные марсианские посадочные модули и марсоходы в подавляющем большинстве были сосредоточены в низинах. Там легче приземляться, там больше разреженной марсианской атмосферы, чтобы замедлить парашют, и полушарие считается лучшим кандидатом для поиска признаков жизни с тех времен, когда вода стекала в низины. Сейсмическая разведка может потребовать погружения в высокогорье.