地震波は火星のマントルの複雑さを明らかにする – Physics World

火星のマントルは、部分的に溶けた外層と、火星の核に近い完全に溶けたシリコンを豊富に含む層に分かれています。 この発見はXNUMXつの独立したチームによって行われ、火星の地殻と核の間にあるマントルは均一な組成と構造を持っているというこれまでの見解に疑問を呈するものである。 新しい分析では、NASA の地震データが使用されました。 提供するInSight 火星は着陸し、赤い惑星がどのように形成され進化したかについての理解を形作るのに役立つ可能性があります。

研究された地震波の中には、地球に衝突した隕石によって発生したものもあります。 波はインサイトの地震計に到達する前に火星の奥深くまで伝わったはずで、それを研究することで火星の内部に関する重要な情報が得られる。

「これほど震源距離が長いため、火星のマントルの最下部を回折波として伝わった疎密波の伝播が可能になった」と説明する。 アンリ・サミュエル パリのCNRSで研究のXNUMXつを率いた。 「これらの波の伝播は均一なマントルでは説明できないほど遅すぎることが判明しました。」

驚くべき豊富さ

この研究は、火星の核の元素組成に関するさらなる手がかりも提供しました。 以前は、これには炭素、酸素、水素などの軽い元素が驚くほど豊富に含まれていると計算されていました。 しかし、これらの最新の研究は、これらの軽い元素は予想されていたほど一般的ではなく、核はこれまで考えられていたよりも小さく密度が高いことを示唆しています。

もう一つの研究を主導したのは、 アミールカーン チューリヒ工科大学の教授は次のように説明している。「火星がこれほど大量の軽い元素をどのようにして降着させ、それらを火星の中心部に隔離したのかを想像するのは難しいため、これらの[軽い]元素を大量に補う必要性は深刻な宇宙化学的問題を引き起こした」 ”。

サミュエル氏とカーン氏のチームはそれぞれの研究で、インサイトの地震データの反転処理（情報を惑星内部の地下モデルに変換する数学的手法）を実行した。

その後、各チームは反転を解釈するためにわずかに異なるアプローチを採用しました。 カーンとその同僚にとって、これには第一原理から計算を構築することが含まれていました。 「私たちは量子力学を使って鉄とニッケルの軽元素合金の地震波速度と密度を計算しました。これは火星の核に相当する条件としては全く新しいことです」とカーン氏は説明します。

減衰構造

サミュエルのチームは、密度、組成、地震波速度の考察を超えて、火星の内部構造がどのように地震波を減衰させるかを調べました。 「これから、地震学やその他の地球物理学的データに基づいて、火星のマントルの最初の減衰構造モデルを推測することができました」と彼は説明します。

しかし、これらの異なる方法にもかかわらず、両チームは驚くべき結論に達しました。 「地球とは異なり、火星には、その核の上にこの濃縮されたケイ酸塩層を持つ強力な層状マントルがあるようです」とサミュエルは言います。 「層の下部は完全に溶けていますが、薄い上部は部分的に溶けています。」

カーン氏は、彼のチームが非常に似た結論に達したと説明しています。 「私たちの計算における溶融層の組成はケイ酸塩マントルの組成に非常に近く、これはマントルに比べてわずかに密度の高いケイ酸塩層の発見を説明するのに役立ちます。 ケイ酸塩の密度がわずかに高いことが判明したという事実は、この層がマントルの底部で安定したままである理由も説明しています。」

結果は類似しているにもかかわらず、チームの異なるアプローチにより、発見の異なる意味を調査することができました。 サミュエルのチームにとって、減衰の観点からマントルの構造を明らかにすることで、火星に最も近い衛星フォボスの軌道をより良く説明できるようになりました。

重力場

研究チームによると、溶けたシリコン層は、その上の冷たい部分的に溶けた層よりも、月の潮汐力の下でより容易に変形する可能性があるという。 これは、InSight の測定結果との一貫性を保ちながら、火星の重力場とフォボスの軌道の関係をよりよく説明できるでしょう。

カーン氏のチームは、火星の核を独自に調査した結果、火星の質量の約 9 ～ 15% が軽元素で構成されていると計算しました。 火星がどのように形成されたかのモデルの観点から見ると、この低い存在量は、均質なマントルの仮定に基づいた以前の研究で行われた 20% 以上の推定よりも合理的であるように思われます。

NASA の宇宙船が火星の内部についての洞察を提供

両チームにとって、この発見は、火星が最初にどのように形成され、過去4.5億年にわたってどのように進化したかを理解する上での転換点となる。 「火星のマントルには層状構造が存在するため、この新しいパラダイムに照らして、約XNUMX年間にわたる地震記録とその他すべての地球物理学的観測データを再分析し、再解釈する必要があります」とサミュエル氏は言う。 「これは、火星のマントルとその核の深部構造に関するさらなる発見につながる可能性があります。」

この結果は、火星に関する知識を向上させるだけでなく、天文学者が太陽系外の岩石惑星についての理解を深めるのにも役立つ可能性があります。 「新しいデータと新しい分析方法の取得を通じて、私たちは新しい発見をし、地球型惑星が何でできているかについての現在の理解を改良し、更新し続けています」とカーン氏は付け加えます。 「最終的には、これは太陽系外惑星系の起源と進化を理解するために必要になるでしょう。」

両チームとも研究結果を報告します 自然を選択します。 サミュエル論文はここにあります と カーン紙はこちら.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/seismic-waves-reveal-complexities-in-mars-mantle/