Seismische golven onthullen complexiteiten in de mantel van Mars – Physics World

De mantel van Mars is verdeeld in een gedeeltelijk gesmolten buitenlaag en een volledig gesmolten, siliciumrijke laag die dichter bij de kern van de planeet ligt. Deze ontdekking werd gedaan door twee onafhankelijke teams en daagt de eerdere opvatting uit dat de mantel – die tussen de korst en de kern van Mars ligt – een uniforme samenstelling en structuur heeft. De nieuwe analyses maakten gebruik van seismische gegevens van NASA InSight Marslander en zou kunnen helpen ons begrip te vormen van hoe de rode planeet zich vormde en evolueerde.

Sommige van de bestudeerde seismische golven werden veroorzaakt door meteorieten die de planeet insloegen. De golven zullen diep in Mars zijn gereisd voordat ze de seismometer van InSight bereikten, en het bestuderen ervan levert belangrijke informatie op over het binnenland van Mars.

“Zulke grote epicentrale afstanden maakten de voortplanting mogelijk van compressiegolven die zich in de onderste mantel van Mars voortbewogen als een afgebogen golf”, legt hij uit. Henri Samuël bij CNRS in Parijs, die leiding gaf aan een van de onderzoeken. “Er werd vastgesteld dat de voortplanting van deze golven te langzaam was om verklaard te kunnen worden door een homogene mantel.”

Verrassende overvloed

Het onderzoek heeft ook verdere aanwijzingen opgeleverd over de elementaire samenstelling van de kern van Mars. Eerder werd berekend dat dit een verrassend grote hoeveelheid lichtere elementen bevatte, waaronder koolstof, zuurstof en waterstof. Deze laatste onderzoeken suggereren echter dat deze lichtere elementen niet zo vaak voorkomen als werd voorspeld en dat de kern kleiner en dichter is dan eerder werd gedacht.

Het andere onderzoek werd geleid door Amir Khan aan de ETH Zürich, die uitlegt: “Deze behoefte aan een groot aantal van deze [lichtere] elementen zorgde voor ernstige kosmochemische problemen, omdat het moeilijk voor te stellen is hoe Mars zo’n groot deel van de lichte elementen zou hebben verzameld en deze in zijn kern had opgesloten. ”.

In hun respectievelijke onderzoeken voerden de teams van Samuel en Khan allebei inversies uit van de seismische gegevens van InSight – een wiskundige techniek die de informatie omzet in ondergrondse modellen van het interieur van een planeet.

Daarna hanteerde elk team een ​​iets andere benadering bij het interpreteren van hun inversies. Voor Khan en collega's betekende dit dat ze hun berekeningen moesten opbouwen op basis van de eerste principes. “We hebben de seismische golfsnelheden en dichtheid van ijzer-nikkel-lichtelementlegeringen berekend met behulp van kwantummechanica, wat volkomen nieuw is voor de omstandigheden die equivalent zijn aan de kern van Mars”, legt Khan uit.

Verzwakkende structuren

Samuels team ging verder dan overwegingen van dichtheid, samenstelling en seismische snelheid en onderzocht hoe de interne structuur van Mars seismische golven verzwakte. “Hieruit konden we het eerste model van de verzwakkingsstructuur van de mantel van Mars afleiden, gebaseerd op seismologische en andere geofysische gegevens”, legt hij uit.

Maar zelfs met deze verschillende methoden kwamen beide teams tot een verrassende conclusie. ‘In tegenstelling tot de aarde lijkt Mars een sterk gelaagde mantel te hebben met een verrijkte silicaatlaag boven de kern’, zegt Samuel. “Het onderste deel van de laag is volledig gesmolten, terwijl het dunnere bovenste deel gedeeltelijk gesmolten is.”

Khan legt uit dat zijn team tot een vergelijkbare conclusie kwam. “De samenstelling van de gesmolten laag ligt in onze berekeningen heel dicht bij die van de silicaatmantel, wat onze vondst van een iets dichtere silicaatlaag ten opzichte van de mantel helpt verklaren. Het feit dat het silicaat iets dichter blijkt te zijn, verklaart ook waarom de laag stabiel blijft op de bodem van de mantel.”

Ondanks de overeenkomsten in hun resultaten, stelden de verschillende benaderingen van de teams hen in staat verschillende implicaties van hun ontdekking te onderzoeken. Voor het team van Samuel stelde het onthullen van de structuur van de mantel in termen van verzwakking hen in staat het baanpad van de dichtstbijzijnde maan van Mars, Phobos, beter te verklaren.

Zwaartekracht veld

Volgens het team zou een gesmolten siliciumlaag gemakkelijker kunnen vervormen onder de getijdenkrachten van de maan dan de koudere, gedeeltelijk gesmolten laag erboven. Dit zou de relatie tussen het zwaartekrachtveld van Mars en de baan van Phobos beter verklaren, terwijl het consistent blijft met de metingen van InSight.

Door hun eigen onderzoek van de kern van Mars berekende Khan's team dat ongeveer 9-15% van de massa uit lichte elementen bestaat. In termen van modellen over hoe Mars ontstond, lijkt deze lagere overvloed redelijker dan de schattingen van meer dan 20% die in eerdere studies zijn gemaakt op basis van de aanname van een homogene mantel.

NASA-vaartuigen bieden inzicht in het interieur van Mars

Voor beide teams markeert de ontdekking een keerpunt in ons begrip van hoe Mars de afgelopen 4.5 miljard jaar voor het eerst werd gevormd en geëvolueerd. “Met de aanwezigheid van de gelaagdheid in de mantel van Mars moeten we teruggaan om het ongeveer vier jaar durende seismische record en alle andere geofysische waarneembare gegevens opnieuw te analyseren en te herinterpreteren in het licht van dit nieuwe paradigma”, zegt Samuel. “Dit zou kunnen leiden tot aanvullende ontdekkingen over de diepe structuur van de mantel van Mars en zijn kern.”

Naast het verbeteren van onze kennis van Mars, zou het resultaat astronomen ook kunnen helpen een beter begrip te krijgen van rotsachtige planeten buiten het zonnestelsel. “Door het verwerven van nieuwe gegevens en nieuwe analysemethoden doen we nieuwe ontdekkingen en blijven we ons huidige begrip van waaruit de aardse planeten zijn gemaakt verfijnen en actualiseren”, voegt Khan toe. “Uiteindelijk zal dit nodig zijn om de oorsprong en evolutie van planetenstelsels buiten het zonnestelsel te kunnen begrijpen.”

Beide teams doen verslag van hun onderzoek in NATUUR. De Het Samuel-papier is er en Khan-papier hier.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/seismic-waves-reveal-complexities-in-mars-mantle/