Seismiske bølger avslører kompleksiteten i Mars' mantel – Physics World

Mars mantel er delt inn i et delvis smeltet ytre lag og et helt smeltet, silisiumrikt lag som ligger nærmere planetens kjerne. Denne oppdagelsen ble gjort av to uavhengige team og utfordrer det tidligere synet om at mantelen – som ligger mellom Mars-skorpen og kjernen – har en ensartet sammensetning og struktur. De nye analysene brukte seismiske data fra NASA InSight Mars lander og kan bidra til å forme vår forståelse av hvordan den røde planeten ble dannet og utviklet seg.

Noen av de seismiske bølgene som ble studert ble skapt av meteoritter som traff planeten. Bølgene vil ha reist dypt inne i Mars før de nådde InSights seismometer, og å studere dem gir viktig informasjon om Mars indre.

"Slike store episentrale avstander tillot forplantning av kompresjonsbølger som vandret i den nederste Mars-mantelen som en diffraktert bølge," forklarer Henri Samuel ved CNRS i Paris, som ledet et av studiene. "Det ble funnet at forplantningen av disse bølgene var for sakte til å kunne forklares med en homogen mantel."

Overraskende overflod

Forskningen har også gitt ytterligere ledetråder om den elementære sammensetningen av marskjernen. Tidligere hadde dette blitt beregnet å inneholde en overraskende høy overflod av lettere grunnstoffer, inkludert karbon, oksygen og hydrogen. Imidlertid antyder disse siste studiene at disse lettere elementene ikke er så vanlige som det var forutsagt, og kjernen er mindre og tettere enn tidligere antatt.

Den andre studien ble ledet av Amir Khan ved ETH Zürich, som forklarer, "Dette behovet for et stort komplement av disse [lettere] elementene ga alvorlige kosmokjemiske problemer, siden det er vanskelig å forestille seg hvordan Mars ville ha samlet en så stor andel av lette elementer, og sekvestrert dem i sin kjerne ".

I sine respektive studier utførte Samuel og Khans team begge inversjoner av InSights seismiske data – en matematisk teknikk som transformerer informasjonen til undergrunnsmodeller av et planetarisk indre.

Etterpå tok hvert lag en litt annen tilnærming til å tolke sine inversjoner. For Khan og medarbeidere innebar dette å bygge opp sine beregninger fra første prinsipper. "Vi beregnet de seismiske bølgehastighetene og tettheten til jern-nikkel lettelementlegeringer ved hjelp av kvantemekanikk, som er helt nytt for forholdene som tilsvarer Mars kjerne," forklarer Khan.

Dempende strukturer

Samuels team gikk utover hensynet til tetthet, sammensetning og seismisk hastighet og så på hvordan den indre strukturen til Mars dempet seismiske bølger. "Fra dette var vi i stand til å utlede den første dempningsstrukturmodellen av Mars mantel basert på seismologiske og andre geofysiske data," forklarer han.

Men selv med disse forskjellige metodene kom begge lag til en overraskende konklusjon. "I motsetning til Jorden ser Mars ut til å ha en sterkt lagdelt mantel med dette anrikede silikatlaget over kjernen," sier Samuel. "Den nedre delen av laget er helt smeltet, mens den tynnere øvre delen er delvis smeltet."

Khan forklarer at teamet hans kom til en veldig lik konklusjon. «Sammensetningen av det smeltede laget i våre beregninger er svært nær silikatmantelen, noe som bidrar til å forklare funnene våre av et litt tettere silikatlag i forhold til mantelen. Det faktum at silikatet er funnet å være litt tettere forklarer også hvorfor laget forblir stabilt i bunnen av mantelen."

Til tross for likhetene i resultatene deres, tillot teamenes ulike tilnærminger dem å utforske ulike implikasjoner av oppdagelsen deres. For Samuels team gjorde det å avsløre mantelens struktur når det gjelder dempning tillot dem å bedre forklare banebanen til Mars nærmeste måne, Phobos.

Gravitasjonsfelt

Ifølge teamet kan et smeltet silisiumlag lettere deformeres under månens tidevannskrefter enn det kaldere, delvis smeltede laget over. Dette ville bedre forklare forholdet mellom Mars gravitasjonsfelt og Phobos bane, samtidig som det forblir konsistent med InSights målinger.

Gjennom sin egen undersøkelse av Mars' kjerne, beregnet Khans team at omtrent 9–15 % av massen består av lette elementer. Når det gjelder modeller for hvordan Mars ble dannet, virker denne lavere overfloden mer rimelig enn estimatene på over 20 % gjort i tidligere studier basert på antakelsen om en homogen mantel.

NASA-fartøyet gir et innblikk i Mars' indre

For begge lag markerer oppdagelsen et vendepunkt i vår forståelse av hvordan Mars først ble dannet og utviklet seg i løpet av de siste 4.5 milliarder årene. "Med tilstedeværelsen av lagdelingen i Mars-mantelen, må vi gå tilbake for å analysere og re-tolke den omtrent fire år lange seismiske rekorden og alle andre geofysiske observerbare i lys av dette nye paradigmet," sier Samuel. "Dette kan føre til ytterligere funn på den dype strukturen til Mars-mantelen og dens kjerne."

I tillegg til å forbedre vår kunnskap om Mars, kan resultatet også hjelpe astronomer til å få en bedre forståelse av steinete planeter utenfor solsystemet. "Gjennom innhenting av nye data og nye analysemetoder gjør vi nye funn og fortsetter å foredle og oppdatere vår nåværende forståelse av hva jordiske planeter er laget av," legger Khan til. "Til syvende og sist vil dette være nødvendig for å forstå opprinnelsen og utviklingen til ekstrasolare planetsystemer."

Begge team rapporterer studiene sine i Natur. De Samuel papir er her og Khan papir her.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/seismic-waves-reveal-complexities-in-mars-mantle/