Gelombang seismik mengungkap kompleksitas mantel Mars – Dunia Fisika

Gelombang seismik mengungkap kompleksitas mantel Mars – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 14 November 2023 4

Studi seismik Mars
Interior kompleks: ilustrasi yang menunjukkan dua lapisan mantel Mars yang berbeda antara inti dan kerak bumi. Juga diperlihatkan bagaimana lapisan tersebut mempengaruhi gelombang seismik yang terdeteksi oleh InSight. (Sumber: IPGP-CNES)

Mantel Mars terbagi menjadi lapisan luar yang meleleh sebagian dan lapisan kaya silikon yang meleleh sepenuhnya dan terletak lebih dekat ke inti planet. Penemuan ini dilakukan oleh dua tim independen dan menantang pandangan sebelumnya bahwa mantel – yang terletak di antara kerak dan inti Mars –  memiliki komposisi dan struktur yang seragam. Analisis baru ini menggunakan data seismik dari NASA Insight Pendarat di Mars dan dapat membantu membentuk pemahaman kita tentang bagaimana planet merah terbentuk dan berevolusi.

Beberapa gelombang seismik yang dipelajari diciptakan oleh meteorit yang menabrak planet ini. Gelombang tersebut akan melakukan perjalanan jauh di dalam Mars sebelum mencapai seismometer InSight, dan mempelajarinya memberikan informasi penting tentang interior Mars.

“Jarak episentral yang begitu besar memungkinkan perambatan gelombang kompresi yang merambat di mantel paling bawah Mars sebagai gelombang difraksi,” jelasnya. Henri Samuel di CNRS di Paris, yang memimpin salah satu studi. “Ditemukan bahwa perambatan gelombang ini terlalu lambat untuk dijelaskan oleh mantel yang homogen.”

Kelimpahan yang mengejutkan

Penelitian tersebut juga memberikan petunjuk lebih lanjut tentang komposisi unsur inti Mars. Sebelumnya, planet ini telah dihitung mengandung unsur-unsur ringan dalam jumlah yang sangat besar, termasuk karbon, oksigen, dan hidrogen. Namun, penelitian terbaru ini menunjukkan bahwa unsur-unsur yang lebih ringan ini tidak seumum yang diperkirakan dan intinya lebih kecil dan padat dari yang diperkirakan sebelumnya.

Penelitian lainnya dipimpin oleh Amir Khan di ETH Zurich, yang menjelaskan, “Kebutuhan akan pelengkap yang besar dari unsur-unsur [yang lebih ringan] ini menimbulkan masalah kosmokimia yang serius, karena sulit untuk membayangkan bagaimana Mars akan mengumpulkan sejumlah besar unsur-unsur ringan, dan menyimpannya ke dalam intinya. ”.

Dalam studinya masing-masing, tim Samuel dan Khan melakukan inversi data seismik InSight – sebuah teknik matematika yang mengubah informasi menjadi model bawah permukaan interior planet.

Setelah itu, masing-masing tim mengambil pendekatan yang sedikit berbeda dalam menafsirkan inversi mereka. Bagi Khan dan rekan-rekannya, hal ini melibatkan penyusunan perhitungan mereka dari prinsip pertama. “Kami menghitung kecepatan gelombang seismik dan kepadatan paduan unsur ringan besi-nikel menggunakan mekanika kuantum, yang benar-benar baru untuk kondisi yang setara dengan inti Mars,” jelas Khan.

Struktur pelemahan

Tim Samuel tidak hanya mempertimbangkan kepadatan, komposisi, dan kecepatan seismik, namun juga mengamati bagaimana struktur interior Mars melemahkan gelombang seismik. “Dari sini, kami dapat menyimpulkan model struktur atenuasi pertama mantel Mars berdasarkan data seismologi dan geofisika lainnya,” jelasnya.

Namun meski dengan metode yang berbeda, kedua tim sampai pada kesimpulan yang mengejutkan. “Tidak seperti Bumi, Mars tampaknya memiliki mantel yang sangat bertingkat dengan lapisan silikat yang diperkaya di atas intinya,” kata Samuel. “Bagian bawah lapisan telah meleleh seluruhnya, sedangkan bagian atas yang lebih tipis telah meleleh sebagian.”

Khan menjelaskan bahwa timnya mencapai kesimpulan yang sangat mirip. “Komposisi lapisan cair dalam perhitungan kami sangat mirip dengan mantel silikat, yang membantu menjelaskan temuan kami tentang lapisan silikat yang sedikit lebih padat dibandingkan mantel. Fakta bahwa silikat ditemukan sedikit lebih padat juga menjelaskan mengapa lapisan tersebut tetap stabil di bagian bawah mantel.”

Meskipun hasilnya sama, pendekatan yang berbeda dari tim memungkinkan mereka mengeksplorasi implikasi berbeda dari penemuan mereka. Bagi tim Samuel, mengungkap struktur mantel dalam kaitannya dengan redaman memungkinkan mereka menjelaskan dengan lebih baik jalur orbit bulan terdekat Mars, Phobos.

Medan gravitasi

Menurut tim, lapisan silikon cair bisa lebih mudah berubah bentuk akibat gaya pasang surut bulan dibandingkan lapisan yang lebih dingin dan sebagian cair di atasnya. Hal ini akan lebih menjelaskan hubungan antara medan gravitasi Mars dan orbit Phobos, namun tetap konsisten dengan pengukuran InSight.

Melalui pemeriksaan terhadap inti Mars, tim Khan menghitung bahwa sekitar 9–15% massanya terdiri dari elemen ringan. Dalam hal model bagaimana Mars terbentuk, kelimpahan yang lebih rendah ini tampaknya lebih masuk akal dibandingkan perkiraan lebih dari 20% yang dibuat dalam penelitian sebelumnya berdasarkan asumsi mantel yang homogen.

Bagi kedua tim, penemuan ini menandai titik balik dalam pemahaman kita tentang bagaimana Mars pertama kali terbentuk dan berevolusi selama 4.5 miliar tahun terakhir. “Dengan adanya stratifikasi pada mantel Mars, kita perlu kembali menganalisis dan menafsirkan ulang catatan seismik yang berumur sekitar empat tahun dan semua pengamatan geofisika lainnya berdasarkan paradigma baru ini,” kata Samuel. “Hal ini dapat mengarah pada penemuan tambahan mengenai struktur dalam mantel Mars dan intinya.”

Selain meningkatkan pengetahuan kita tentang Mars, hasil ini juga dapat membantu para astronom untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang planet berbatu di luar tata surya. “Melalui perolehan data baru dan metode analisis baru, kami membuat penemuan baru dan terus menyempurnakan serta memperbarui pemahaman kami saat ini tentang bahan penyusun planet terestrial,” tambah Khan. “Pada akhirnya, ini diperlukan untuk memahami asal usul dan evolusi sistem planet ekstrasurya.”

Kedua tim melaporkan studi mereka di Alam. itu Kertas Samuel ada di sini dan Kertas Khan di sini.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika