На Марсе, подобно Земле, присутствует жидкое ядро. Это подтверждено данными, полученными с зонда NASA InSight, функционирующего на поверхности Красной планеты. Предполагается, что марсианское ядро состоит из расплавленного железа, содержащего небольшое количество легких элементов, в частности серы. Согласно расчетам, температура глубоких слоев мантии достаточно высока для предотвращения кристаллизации. Однако ученым удалось создать уникальный сульфид железа, который может затвердевать при соблюдении определенных условий.
По имеющимся моделям, ядро Марса обладает значительно большей плотностью обогащено легкими элементами, чем земное. Это означает, что процесс формирования планет из первичного вещества происходил по-разному.
По мнению ученых, железное ядро Марса содержит серу. Ее высокая концентрация объясняется тем, что в солнечной туманности, из которой образовалась наша планетная система, серы было много. В процессе расслоения недр она проявляла сходство с железом, а формирование ядра происходило в условиях недостаточной восстановительной способности и высокой температуры, что препятствовало концентрации других легких элементов, таких как кремний или кислород.
Не существует прямых данных, подтверждающих затвердевание ядра Марса, равно как и доказательств того, что оно находится в полностью жидком состоянии. Сейсмические наблюдения позволили установить нащупать границу мантии и ядра, а расчеты плотности показали, что внешняя оболочка ядра находится в расплавленном состоянии. Что там глубже — пока не ясно. Но если внутреннее ядро существует, то его радиус не более 750 километров.
При условии существования твердого внутреннего ядра, ключевую роль в процессе охлаждения и затвердевания играет система, состоящая из железа и его сульфидов. В зависимости от условий, из расплава может происходить кристаллизация либо чистого железа, либо его соединений с серой. По мере приближения к центру планеты возрастает вероятность образования фазы с высоким содержанием серы.
Для подтверждения этой гипотезы исследователи из Германии, Франции и Бельгии осуществили ряд лабораторных исследований. Их результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Синтез кристаллической структуры с формулой Fe провели исследователи 4+xS3, исследование проводилось при давлении около 15 гигапаскалей и температуре 1150 кельвин. После этого была проанализирована ее структура, определена плотность и рассмотрена потенциальная функция в процессе создания твёрдого внутреннего ядра.
Согласно расчетам, давление в центре Марса составляет 40 гигапаскалей, а температура — около 1970 кельвин. При таких условиях тугоплавкий сульфид Fe 4+xS3 стабилен. Но если температура в центре планеты падает ниже 1960 кельвин, вещество начинает кристаллизоваться.
В данном сценарии предполагается, что масса расплавленного железа содержит от 17 до 25 процентов серы. Если содержание серы составляет от 7 до 12 процентов по массе, то при охлаждении ядра в его верхней оболочке будет происходить осаждение «железных хлопьев», которые затем переплавятся при движении к центру.
Предварительные исследования позволяют предположить, что у современного Марса есть твердое внутреннее ядро, либо оно сформируется в будущем по мере остывания планеты. Для подтверждения этой гипотезы необходимы дополнительные эксперименты.