Первоначальные сейсмические исследования, посвященные изучению внутреннего строения Марса, выявили наличие там неожиданно мощной коры и обширного расплавленного ядра.
Американский зонд InSight работает на Марсе с конца 2018 года. Стационарный космический аппарат предназначен для изучения внутреннего строения планеты с помощью чувствительного сейсмометра и зарегистрировал колебания более чем от 730 марсотрясений. Это позволило впервые рассмотреть не только поверхность, но и внутренние слои Красной планеты. По итогам этих исследований в журнале Science опубликовали сразу три статьи — о коре, мантии и ядре, — а коротко о них рассказывается в пресс-релизе Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA.
«По словам швейцарского сейсмолога Симона Штайлера, одного из авторов исследования, ученым потребовались столетия для измерения ядра нашей планеты, а для определения размеров ядра Луны после миссий Apollo понадобилось 40 лет. В то время как для аппарата InSight эта задача заняла всего два года.
Действительно, сейсмические волны, возникающие при подземных толчках, представляют собой механические колебания, распространяющиеся через слои горных пород. При этом они отражаются на границах пород, изменяют свою скорость в зависимости от плотности и прочих факторов. Эти особенности позволяют применять их для создания «томографической» съемки глубоких слоев недр. Долгое время специалисты не были уверены в целесообразности использования данной методики для исследования Марса: на Красной планете отсутствует тектоника плит, не наблюдается действующих вулканов, а отсутствие глобального магнитного поля может свидетельствовать о том, что ядро планеты остыло и затвердело.
К счастью, достигнув запланированной локации, зонд InSight уже через несколько месяцев обнаружил, несмотря на то, что ранее существовало сомнение в регулярности слабых марсотрясений, последующие наблюдения подтвердили их происхождение, и было зарегистрировано около 733 подобных событий. Анализ показал, что источник многих из этих толчков расположен на расстоянии примерно в тысячу километров от сейсмографа — вероятно, в районе повышенной сейсмической активности. Тридцать пять событий оказались достаточно сильными (с магнитудой около 3-4), чтобы использовать полученные данные для сейсмической томографии Марса и создания первого детального описания его внутреннего строения.
Толщина марсианской коры варьируется от 24 до 72 километров, а литосфера, охватывающая верхние слои мантии, достигает глубины в 500 километров. В ее составе содержится значительное количество радиоактивных элементов, которые в процессе распада вызывают умеренный нагрев. Следует отметить, что, несмотря на большие габариты Земли, толщина земной литосферы составляет приблизительно 100 километров, а кора даже на континентах не превышает 40 километров. Предполагается, что значительная мощность марсианской литосферы обусловлена отсутствием на планете тектонических плит.
Наибольшие неожиданности связаны с железным и никелевым ядром планеты. Прежде всего, оно оказалось жидким, находящимся в расплавленном состоянии. Кроме того, его размер оказался неожиданно большим, достигая радиуса в 1830 километров. Это превышает половину общего радиуса Марса и значительно больше, чем предполагалось ранее. В связи с этим, плотность ядра, вероятно, ниже, чем демонстрировали предыдущие модели, и оно, по всей видимости, содержит повышенное количество легких элементов, таких как углерод, кислород и сера.