Сейсмічні хвилі розкривають складність мантії Марса – Physics World

Мантія Марса поділена на частково розплавлений зовнішній шар і повністю розплавлений шар, багатий кремнієм, який лежить ближче до ядра планети. Це відкриття було зроблено двома незалежними групами і ставить під сумнів попередню думку про те, що мантія, яка лежить між марсіанською корою та ядром, має однорідний склад і структуру. Новий аналіз використовував сейсмічні дані NASA InSight Посадка на Марс може допомогти сформувати наше розуміння того, як утворилася та еволюціонувала червона планета.

Деякі з вивчених сейсмічних хвиль були створені метеоритами, які зіткнулися з планетою. Хвилі пройшли глибоко всередині Марса, перш ніж вони досягли сейсмометра InSight, і їхнє вивчення дає важливу інформацію про внутрішній простір Марса.

«Такі великі епіцентральні відстані дозволяли поширювати хвилі стиснення, які поширювалися в самій нижній мантії Марса як дифрагована хвиля», — пояснює Анрі Самуель в CNRS в Парижі, який очолював одне з досліджень. «Було виявлено, що поширення цих хвиль було надто повільним, щоб пояснити його однорідною мантією».

Дивовижний достаток

Дослідження також дали додаткові підказки про елементний склад марсіанського ядра. Раніше було підраховано, що він містить напрочуд велику кількість легших елементів, включаючи вуглець, кисень і водень. Однак ці останні дослідження показують, що ці легші елементи не такі поширені, як передбачалося, і ядро ​​менше і щільніше, ніж вважалося раніше.

Інше дослідження проводилося під керівництвом Амір Хан в ETH Zurich, який пояснює: «Ця потреба у великому наборі цих [легших] елементів створила серйозні космохімічні проблеми, оскільки важко уявити, як Марс міг накопичити таку велику частку легких елементів і секвеструвати їх у своєму ядрі. ”.

У своїх відповідних дослідженнях команди Самуеля та Хана виконали інверсію сейсмічних даних InSight – математичну техніку, яка перетворює інформацію в підповерхневі моделі внутрішньої планети.

Після цього кожна команда застосувала дещо інший підхід до інтерпретації своїх інверсій. Для Хана та його колег це передбачало побудову своїх розрахунків на перших принципах. «Ми обчислили швидкість сейсмічної хвилі та щільність залізо-нікелевих сплавів легких елементів за допомогою квантової механіки, яка є абсолютно новою для умов, еквівалентних ядру Марса», — пояснює Хан.

Послаблюючі конструкції

Команда Семюеля вийшла за рамки міркувань щільності, складу та сейсмічної швидкості та подивилася на те, як внутрішня структура Марса послаблює сейсмічні хвилі. «З цього ми змогли зробити висновок про першу структурну модель ослаблення мантії Марса на основі сейсмологічних та інших геофізичних даних», — пояснює він.

Проте навіть за допомогою цих різних методів обидві команди дійшли несподіваного висновку. «На відміну від Землі, Марс, схоже, має сильно стратифіковану мантію з цим збагаченим силікатним шаром над ядром», — говорить Семюель. «Нижня частина шару повністю розплавлена, тоді як тонша верхня частина частково розплавлена».

Хан пояснює, що його команда дійшла дуже схожого висновку. «Склад розплавленого шару в наших розрахунках дуже близький до складу силікатної мантії, що допомагає пояснити наш висновок про дещо щільніший силікатний шар відносно мантії. Той факт, що силікат виявився трохи щільнішим, також пояснює, чому шар залишається стабільним на дні мантії».

Незважаючи на подібність результатів, різні підходи команд дозволили їм вивчити різні наслідки свого відкриття. Для команди Семюеля виявлення структури мантії з точки зору затухання дозволило їм краще пояснити орбітальний шлях найближчого супутника Марса, Фобоса.

Гравітаційне поле

На думку команди, шар розплавленого кремнію може легше деформуватися під дією приливних сил Місяця, ніж більш холодний, частково розплавлений шар вище. Це краще пояснило б зв’язок між гравітаційним полем Марса та орбітою Фобоса, залишаючись сумісним з вимірюваннями InSight.

Завдяки власному дослідженню ядра Марса команда Хана підрахувала, що близько 9–15% його маси складається з легких елементів. З точки зору моделей того, як утворився Марс, ця менша кількість здається більш обґрунтованою, ніж оцінки понад 20%, зроблені в попередніх дослідженнях на основі припущення однорідної мантії.

Корабль НАСА дозволяє зазирнути всередину Марса

Для обох команд це відкриття знаменує поворотний момент у нашому розумінні того, як Марс сформувався та еволюціонував за останні 4.5 мільярда років. «З наявністю стратифікації в марсіанській мантії нам потрібно повернутися до повторного аналізу та нової інтерпретації приблизно чотирирічного сейсмічного запису та всіх інших геофізичних спостережень у світлі цієї нової парадигми», — каже Семюель. «Це може призвести до додаткових відкриттів глибинної структури марсіанської мантії та її ядра».

Окрім покращення наших знань про Марс, результат може також допомогти астрономам краще зрозуміти скелясті планети за межами Сонячної системи. «Завдяки отриманню нових даних і нових методів аналізу ми робимо нові відкриття та продовжуємо вдосконалювати та оновлювати наше поточне розуміння того, з чого складаються планети земної групи», — додає Хан. «Зрештою, це знадобиться для розуміння походження та еволюції позасонячних планетних систем».

Обидві команди звітують про свої дослідження в природа, Папір Семюеля тут і Ханський папір тут.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/seismic-waves-reveal-complexities-in-mars-mantle/