В журнале Science 23 июля появились сразу три статьи, суммирующие познания о Марсе. Впервые оценены ядро планеты, толщины ее коры и структуры мантии.
Изучить внутреннее строение Марса позволило первое в истории сейсмическое исследование. Международная группа исследователей миссии NASA InSight использовала данные, полученные в результате регистрации сейсмометром SEIS, разработанным во Франции более десяти марсианских землетрясений.
На самом деле до опубликования итогов работы ученых внутренняя структура Марса была изучена недостаточно — в отличие от строения Земли, которое сегодня не таит для нас загадок благодаря сейсмологии. Напомним, сейсмология изучает упругие волны, возникающие при землетрясениях и взрывах и проходящие сквозь земные породы.
Прежние модели, предшествующие исследованию миссии NASA InSight, основывались на анализе спутниковых гравиметрических и топографических данных, значений момента инерции и плотности планеты. Детальное внутреннее строение Марса и глубина границ между корой, мантией и ядром были для ученых «белым пятном».
Сейсмический эксперимент на поверхности Марса начался 2019 году — один марсианский год назад (или два земных). Использовалась только одна станция, поэтому сейсмологам предстояло вычислить в сейсмических записях характерные особенности волн, по-разному взаимодействующих с внутренними структурами Марса.
Эти волны аналогичны звукам голосов в горах, которые производят эхо. Именно эхо, отраженное от ядра, или на границе кора-мантия, или даже от поверхности Марса, ученые и искали в сигнале, по его сходству с прямыми волнами. Эти измерения в сочетании с минералогическим и тепловым моделированием внутренней структуры планеты позволили вести исследования даже с единственной станцией.
Отметим, что сложность работы на Марсе — малое количество и слабость землетрясений, их магнитуда не превышает 3,5 (для сравнения — магнитуда «земных» землетрясений превышает 6,0). П
Мешает исследованиям и сейсмический шум, который создают сильные марсианские ветры и, под воздействием температурных амплитуд, деформирующиеся породы. Все полученные результаты тщательно очищались от аудиопомех.
Ежедневно ученые регистрировали сейсмические события — всего более 600. 60 из них были вызваны относительно удаленными землетрясениями и лишь 10 дали бесценную информацию о глубинном строении планеты.
Изучая поведение сейсмических волн, проходящих сквозь кору планеты к датчику, планетологи обнаружили в ней несколько разломов. Первый, на глубине около 10 км, показал границу между сильно измененной структурой, возникшей в результате давней циркуляции жидкости, и незначительно измененной корой. Второй разрыв — на глубине около 20 км, третий — около 35 км.
Это означает, что толщина коры Марса варьируется от 24 до 72 км, ее литосфера очень глубока — почти 500 км.
Удалось установить и то, что тепловой поток Марса, вероятно, в три-пять раз ниже, чем у Земли. Он влияет на состав марсианской коры, обогащенной нагревающими ее радиоактивными элементами.
Для определения характеристик внутренней структуры планеты ученые протестировали несколько тысяч моделей мантии и ядра, сравнивая возможные сигналы от них с наблюдаемыми. Ядро Марса оказалось на редкость большим — радиусом от 1790 до 1870 км, средняя плотность — от 5,7 до 6,3 грамма на кубический сантиметр. Это подразумевает присутствие значительного количества легких элементов, растворенных в железо-никелевом жидком ядре.