Данные с неработающего модуля НАСА рисуют радикально новую картину недр Марса

Фото из открытых источников

Прошло почти три года с тех пор, как миссия NASA InSight завершилась на поверхности Марса, а его солнечные панели были покрыты пылью. Однако данные с посадочного модуля, который зафиксировал сигналы слабых марсотрясений для исследования недр планеты, продолжают приносить новые результаты. Два новых исследования используют данные InSight, чтобы нарисовать радикально новый портрет Марса. Одно предполагает, что в недрах планеты погребены окаменевшие остатки гигантских столкновений. Другое утверждает, что обнаружено твёрдое внутреннее ядро.

В совокупности результаты свидетельствуют о том, что планета одновременно и больше, и меньше похожа на Землю, чем ожидали исследователи. Первый результат, опубликованный в журнале Science, предполагает, что марсианская мантия — слой горных пород, составляющий большую часть её объёма — не просачивается и не перемешивается, как на Земле, а скорее сохраняет остатки более мелких планетных тел, столкнувшихся, чтобы сформировать планету. Второй результат, опубликованный в журнале Nature, идёт глубже, показывая, что вместо чисто расплавленного металлического ядра, как предполагали предыдущие анализы InSight, Марс, как и Земля, имеет твёрдое ядро в своём центре.

Ни одна из этих работ не является однозначной. Это связано с простой задачей проведения сейсмологических исследований на Марсе. 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, которая, несмотря на сильный ветер, измеряла колебания преимущественно слабых марсотрясений. Оба исследования столкнутся со скептицизмом, считает Хрвое Ткалчич, сейсмолог из Австралийского национального университета.

Но исследования, если они окажутся верными, могут перевернуть наше понимание того, как образуются каменистые планеты, говорит Цянь Юань, геофизик из Техасского университета A&M. Остаточные структуры, застывшие в мантии, подтверждают идею о том, что каменистые планеты образуются в результате столкновения планетарных эмбрионов, а не слияния из облака гальки, как предполагали некоторые исследователи, говорит Алессандро Морбиделли, планетолог из Университета Лазурного берега. А работа о внутреннем ядре поставит под сомнение модели, предполагающие, что ядро Марса полностью расплавлено. «Подозреваю, что это огорчит многих», — говорит Саймон Штелер, сейсмолог из Швейцарской высшей технической школы Цюриха. «Многие были вполне довольны отсутствием внутреннего ядра».

В отличие от недр Земли, которые перемешаны тектоникой плит, «Марс — это капсула времени», — говорит Константинос Хараламбус, планетолог из Имперского колледжа Лондона и ведущий автор исследования Science. Для изучения этой древней истории потребовалось использовать высокочастотные сейсмические волны, которые на Марсе сохраняются гораздо дольше, чем на Земле, где они затухают в воде.

Хараламбус и его коллеги наблюдали, что по мере того, как высокочастотные волны проникали глубже в мантию, их прибытие к InSight становилось всё более и более затянутым, чем ожидалось. Хараламбус говорит, что это похоже на маленькие автомобили, наткнувшиеся на обломки на шоссе, в то время как марсотрясения с большой длиной волны проносились сквозь них, словно гигантские грузовики. Команда предполагает, что сейсмические препятствия представляют собой кристаллизованные, затвердевшие остатки магматических океанов, образовавшихся давным-давно, когда астероиды сталкивались с молодым Марсом. «Мы действительно видим, что эти остатки существуют», — говорит Хараламбус.

Тот факт, что Марс не смог смешать эти остатки, говорит о том, что его мантия холодная и движется медленно, в отличие от горячей мантии Земли, в которой плюмы поднимаются и стимулируют вулканические области. Это может объяснить слабый вулканизм на Марсе, считает Цзюньцзе Дун, физик-минераловед из Калифорнийского технологического института.

Утверждение о твёрдом внутреннем ядре, пожалуй, более спорно, поскольку предыдущие исследования указывали на полностью расплавленное ядро. Когда команда InSight ранее обнаружила то, что казалось краем ядра, сейсмические данные не выявили никаких признаков твёрдого вещества. Большой размер ядра также предполагал присутствие более лёгких элементов, таких как сера, иначе плотность Марса не достигла бы известной; такие элементы понижают температуру плавления железа, уменьшая вероятность его кристаллизации. А крошечные колебания гравитационного поля планеты, измеренные радиоэкспериментом на InSight, лучше всего работали без твёрдого внутреннего ядра, дребезжащего внутри, хотя они и не исключали его.

Но когда Даоюань Сунь, сейсмолог из Китайского университета науки и технологий, и его коллеги перепроверили некоторые данные InSight, они увидели, что сейсмические волны, прошедшие через ядро и отразившиеся от границы ядро-мантия на другой стороне, прибывали примерно на 50–200 секунд позже, чем должны были бы при прохождении через полностью расплавленное ядро. Это указывало на наличие плотного внутреннего ядра, замедляющего их. Анализируя данные, они также выявили сейсмическую волну, которая, по-видимому, отражалась непосредственно от поверхности внутреннего ядра. Другие сейсмические волны, проанализированные группой, подтверждают это открытие, говорит Сунь. «Внутреннее ядро реально, и мы уверены в наших результатах».

Однако это открытие трудно согласовать с двумя исследованиями, опубликованными два года назад в журнале Nature, в которых предполагалось, что слой расплавленной мантии располагается прямо над ядром, нагревая его подобно тепловому одеялу. По словам Анри Самюэля, специалиста по планетарной динамике из Парижского института физики Земли, возглавлявшего одну из статей, это тепло затрудняло бы охлаждение и кристаллизацию твердого ядра. «Признаюсь, этот результат меня озадачивает», — говорит он.

Результат также поднимает вопросы о магнитном динамо на Марсе, которое прекратилось миллиарды лет назад. На Земле кристаллизация внутреннего ядра способствует движениям в расплавленном внешнем ядре, создающим магнитное поле планеты. «Либо наши данные о марсианском поле неверно истолкованы», — говорит Донг, либо какой-то другой процесс препятствует движению расплавленного вещества на Марсе.

По словам Штелера, обнаружение расплавленного слоя и внутреннего ядра имеет свои недостатки, и будет сложно определить, как они соотносятся. Команда Сана исключила очевидные источники ошибок, но данные InSight, по его словам, фундаментально зашумлены. Сейчас он считает это утверждение примерно таким же достоверным, как и те, кто предполагает наличие внутреннего ядра у Луны, доказательства для которых слабы.