Первая «внутренняя» карта
Впервые мантию Земли увидели в 1889 году, когда сейсмические волны от землетрясения в Японии появились в Германии. Жидкое внешнее ядро нашей планеты было открыто только в 1914 году, а твердое внутреннее ядро — в 1936 году. Аналогичные измерения Луны были проведены во время полетов «Аполлона». Теперь у нас есть аналогичные измерения для Марса. Этой работой мы обязаны аппарату InSight, который зафиксировал «марсианские толчки» и проследил, как их сейсмические волны проходят через различные слои планеты.
Эта работа, представляющая собой крупный прорыв в планетарной сейсмологии, также будет полезна для изучения других миров, поскольку предоставит исследователям другой пример системы Земля-Луна. «Если вы врач и практикуете только на одном пациенте, вы будете не очень хорошим врачом«, — отмечает Марк Пэннинг, планетарный сейсмолог из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Миссия InSight, прибывшая на место в ноябре 2018 года, зафиксировала несколько землетрясений. Большинство из них произошло на небольшой глубине, но некоторые произошли из недр планеты. Менеджеры миссий, оценив изменения скорости и направления этих волн во время их распространения по планете, затем смогли составить первую подробную карту ее внутренней части.
Эти данные подтвердили, что марсианская кора наиболее толстая в южных нагорьях и самая тонкая в северных низменностях, где, возможно, когда-то образовались исчезнувшие океаны. В среднем толщина планетарной коры составляет от 24 до 72 км. Эта кора делится на три слоя: верхний слой, состоящий в основном из вулканической породы, «раскрошенной» в результате падения метеоритов, промежуточный слой из более плотной вулканической породы и нижний слой, свойства которого пока точно не установлены.
Как и у Земли, мантия Марса намного толще его коры. Напротив, жесткая часть верхней мантии, которая является основой тектонических плит на Земле, на Марсе примерно вдвое толще. Это могло бы объяснить отсутствие тектоники плит у нашего соседа. Такая жесткость могла бы предотвратить распад верхних слоев Марса на отдельные плиты.
Сейсмические волны, достигающие InSight, также предполагают, что мантия Марса составляет половину толщины Земли. Отсутствие изоляции могло бы усугубить потерю тепла. Отсутствие изоляции усугубило бы теплопотери планеты в период ее бурной молодости. Именно поэтому мантия сегодня относительно холодная. Однако на Земле мы знаем, что вулканическая активность в основном обусловлена движением внутреннего тепла вверх к внешней оболочке. Наконец, структура этой мантии может объяснить, почему Марс, ранее очень активный в геологическом отношении, теперь находится в летаргическом состоянии.
Эта тонкая мантия также может объяснить, по крайней мере частично, потерю магнитного поля Марса в период его молодости. На Земле магнитное поле приводится в движение циркуляцией железо-никелевых токов в ее жидком внешнем ядре. На Марсе была похожая циркуляция, но недостаток тепла в конечном итоге заблокировал эти течения. Без защитного щита Марс в конце концов потерял свою атмосферу, а затем и жидкую воду.
Наконец, данные InSight позволили нам оценить размер марсианского ядра: около 3670 км. Оно также «сжато» остальной частью планеты, что говорит о том, что оно не очень плотное. Как и на Земле, он по-прежнему содержит преобладающее количество железа и никеля, но, следовательно, должен содержать и другие легкие элементы, такие как кислород, сера и водород.
Однако ни одно землетрясение, зафиксированное Insight, еще не было достаточно сильным, чтобы достичь истинного ядра планеты. Поэтому пока неизвестно, есть ли у Марса, как и у Земли, твердое внутреннее ядро. Мы надеемся, что миссия, недавно продленная до декабря 2022 года, сможет ответить на этот вопрос.