Исследование сейсмических колебаний, вызванных марсотрясениями, выявило, что ядро Красной планеты не является полностью жидким, в нём присутствует твёрдая внутренняя область. Это открытие потребует от специалистов пересмотра теорий, касающихся этапов формирования планеты, расположенной рядом с Землёй в Солнечной системе.
В 2023 году астрономы впервые зарегистрировали сейсмические волны, прошедшие через ядро Марса. Их уловил посадочный модуль InSight. У волн было два источника: марсотрясение и удар метеорита. Изучив их характеристики, ученые сделали вывод, что ядро у Марса полностью жидкое с большим количеством легких элементов, в частности серы и кислорода.
Более поздние расчеты также свидетельствовали о наличии у Марса полностью жидкого ядра, поскольку температура внутри планеты должна быть чрезвычайно высокой. Однако в феврале 2025 года геохимики из Германии, Франции и Бельгии синтезировали кристаллическую структуру Fe4+xS3 из железа и серы, которая оказалась достаточно тугоплавкой и сохраняла твердое состояние в условиях ядра Марса. Так они доказали, что у современной Красной планеты гипотетически может быть твердое ядро или же оно появится в будущем по мере охлаждения недр.
В 2023 году астрономы приступили к изучению первых сейсмических волн, зарегистрированных аппаратом InSight. Несмотря на то, что работа устройства была остановлена в 2022 году, ученым удалось получить значительно больший объем информации. В рамках нового исследования проанализированы данные, полученные в результате регистрации 23 марсотрясений. Результаты подтверждают наличие у Марса твердого ядра.
Каменистые планеты, такие как Земля и Марс, имеют внутреннюю структуру, состоящую из жидких и твердых слоев. При прохождении сейсмических волн через границы между этими слоями происходит их отражение и преломление. Анализ этих явлений позволяет определить внутреннее строение планеты.
В рамках нового исследования авторы проанализировали два вида сейсмических волн, возникающих при марсотрясениях: P’P’ и PKKP. P’P’-волны представляют собой волны, прошедшие через ядро и отраженные от поверхности Марса, находящейся на противоположной стороне. PKKP-волны — это волны, отраженные от внутренней границы ядра и мантии. Кроме того, ученые искали PKiKP-волны – волны, отраженные от границы раздела между жидкой и твердой частями ядра.
Существование твердого ядра подтверждается двумя фактами. В первую очередь, исследователям удалось зарегистрировать волны PKiKP. Во вторую очередь, сейсмограф фиксировал приход волн PKKP на 50-200 секунд раньше запланированного времени, что было бы невозможно при полностью жидком ядре.
Авторы полагают, что твёрдое внутреннее ядро составляет 18 процентов радиуса Марса, в то время как у Земли этот показатель равен 19 процентов. Таким образом, радиус ядра оценивается примерно в 613 (± 67) километров. В нём содержится значительное количество лёгких элементов. Оптимальными считаются следующие характеристики: массовая доля серы — 12-16 процентов, кислорода — 6,7-9 процентов, углерода — менее 3,8 процента.
В сложившихся условиях ядро могло затвердеть даже при высокой температуре, характерной для недр Марса. И это справедливо, даже если температура оказалась на 10 процентов выше, чем предполагается сейчас.
Несмотря на это, новые результаты сталкиваются с рядом сложностей. Одной из них является слой, образованный расплавленными силикатами, который находится между внешним жидким ядром и мантией. Ранее его выявили, используя данные, полученные с аппарата InSight.
Для формирования этого слоя требуется высокая температура, превышающая температуру затвердевания внутреннего ядра. Кроме того, он должен выполнять функцию теплоизолятора, препятствуя высвобождению тепла из недр. На данный момент не представляется возможным согласовать его существование с данными, полученными в результате новой работы.
Второй вопрос связан с тем, что наличие плотного внутреннего ядра должно оказывать влияние на форму, вращение и гравитационное поле Марса. Ранее, при изучении этих параметров, ученые не смогли найти подтверждений существования твердой сердцевины. Однако, согласно новым научным данным, полученные результаты соответствуют общепринятым оценкам с учетом допустимой погрешности. Кроме того, наличие твердого ядра должно приводить к формированию магнитного поля, которым Марс не обладает. Отсутствие такого поля может быть объяснено крайне медленным процессом затвердевания ядра – требуются дополнительные расчеты для подтверждения этой гипотезы.
Исследование опубликовано в журнале Nature.