InSight misijas reģistrēto Marsa seismisko datu analīze, kā arī šķidro metālu sakausējumu seismisko īpašību simulācijas atklāja, ka Marsa šķidrā dzelzs kodolu ieskauj 150 kilometrus biezs izkusis silikāta slānis, un rezultātā kodols ir mazāks nekā iepriekš ieteikts. Kodola rādiusa samazināšanās norāda uz lielāku blīvumu nekā iepriekš lēsts, un tas atbilst metāliskajam serdenim, kas sastāv no 9–15 masas% gaismas elementiem, galvenokārt S, C, O un H. Kredīts: Thibaut Roger, NCCR PlanetS, ETH Zurich
MarssŠķidrā dzelzs kodols ir mazāks un blīvāks, nekā tika uzskatīts iepriekš. Tie ir ne tikai mazāki, bet arī tos ieskauj izkusušu iežu slānis. Tā secināja ETH Cīrihes pētnieki, pamatojoties uz InSight nolaišanās ierīces seismiskiem datiem.
- Pēc viena gada NASA InSight misija ir beigusies, un reģistrēto Marsa zemestrīču analīze kopā ar datorsimulācijām turpina dot jaunus rezultātus.
- Sākotnēji novēroto Marsa zemestrīču analīze liecina, ka Marsa kodola vidējam blīvumam bija jābūt daudz zemākam par tīra šķidrā dzelzs blīvumu.
- Jauni novērojumi liecina, ka Marsa kodola rādiuss ir samazinājies no sākotnēji noteiktā 1800-1850 kilometru diapazona līdz 1650-1700 kilometriem.
Marsa interjera atklāšana: NASA InSight Lander ieskati
Četrus gadus NASA nolaišanās iekārta InSight, izmantojot savu seismometru, reģistrēja trīci uz Marsa. ETH Cīrihes pētnieki savāca un analizēja uz Zemi nosūtītos datus, lai noteiktu planētas iekšējo struktūru. “Lai gan misija beidzās 2022. gada decembrī, mēs tagad esam atklājuši kaut ko ļoti interesantu,” saka ETH Cīrihes Zemes zinātņu nodaļas vecākais zinātnieks Amirs Khans.
Unikālais Marsa silikāta slānis
Reģistrēto Marsa zemestrīču analīze apvienojumā ar datorsimulācijām rada jaunu priekšstatu par planētas interjeru. Ieslodzīts starp šķidro Marsa dzelzi Sakausējums Planētas kodols un cietā silikāta apvalks atrodas apmēram 150 kilometru biezā šķidrā silikāta (magmas) slānī. “Zemei nav pilnībā izkusuša silikāta slāņa, kā šis,” saka Khans.
Šis rezultāts tagad publicēts zinātniskajā žurnālā dabu Kopā ar pētījumu, ko veica Henri Samuel no Parīzes Institut Physique du Monde, kurā tika panākts līdzīgs secinājums, izmantojot papildu metodes, tas sniedz arī jaunu informāciju par Marsa kodola lielumu un sastāvu, atrisinot noslēpumu, ko pētnieki iepriekš bija atrisinājuši. Tik tālu Viņš nevarēja izskaidrot.
Marsa pamatsastāvs
Sākotnēji novēroto Marsa zemestrīču analīze parādīja, ka Marsa kodola vidējam blīvumam bija jābūt daudz zemākam par tīra šķidrā dzelzs blīvumu. Piemēram, Zemes kodolu aptuveni 90% no tās svara veido dzelzs. Vieglie elementi, piemēram, sērs, ogleklis, skābeklis un ūdeņradis, kopā veido aptuveni 10 svara procentus.
Sākotnējie aprēķini par Marsa kodola blīvumu liecināja, ka tas sastāv no daudz lielākas vieglo elementu proporcijas – aptuveni 20% no svara. “Tā ir ļoti liela gaismas elementu grupa, kas ir gandrīz neiespējama. Kopš tā laika mēs esam domājuši par šo rezultātu,” saka Dongjans Huangs, ETH Cīrihes Ģeozinātņu nodaļas pēcdoktorants.
Henrijs Samuels, Nacionālā zinātnisko pētījumu centra pētnieks un IPGP ģeodinamists, skaidro jauno Marsa iekšējās struktūras modeli, kas ierosināts rakstā, kas publicēts žurnālā Nature. NASA InSight misijas zinātnieku veiktais pētījums liecina, ka Marsa mantija ir neviendabīga un sastāv no izkausētu silikātu slāņa, kas pārklāj Marsa kodolu. Šis modelis, kas izveidots, izmantojot seismiskos datus, kas reģistrēti uz Marsa pēc meteorīta trieciena, kas atspoguļo visus ģeofiziskos novērojumus, maina mūsu skatījumu uz Sarkanās planētas iekšējo struktūru un evolūciju. Kredīts: © IPGP
Marsa būtības pārdefinēšana
Jaunie novērojumi liecina, ka Marsa kodola rādiuss ir samazinājies no sākotnēji noteiktā diapazona 1800-1850 km līdz 1650-1700 km, kas veido aptuveni 50% no Marsa rādiusa. Ja Marsa kodols ir mazāks, nekā tika uzskatīts iepriekš, bet tam ir tāda pati masa, tas nozīmē, ka tam ir lielāks blīvums un tāpēc tajā ir mazāk gaismas elementu. Saskaņā ar jauniem aprēķiniem vieglo elementu īpatsvars ir samazinājies līdz 9–14 svara procentiem.
“Tas nozīmē, ka Marsa kodola vidējais blīvums joprojām ir diezgan zems, taču tas vairs nav neizskaidrojams tipisku planētu veidošanās scenāriju kontekstā,” saka Paolo Susi, ETH Cīrihes Zemes zinātņu katedras asociētais profesors un dalībnieks. Valsts ģeozinātņu komisija. Pētniecības kompetences centri (NCCR) PlanetS.
Tas, ka Marsa kodolā ir liels daudzums gaismas elementu, liecina, ka tas veidojies ļoti agri, iespējams, kad Sauli vēl ieskauj miglāja gāze, no kuras Marsa kodolā varēja uzkrāties gaismas elementi.
Izmantojot tālu Marsa zemestrīces
Sākotnējie aprēķini tika balstīti uz trīcēm, kas notika InSight nolaišanās ierīces tuvumā. Taču 2021. gada augustā un septembrī seismogrāfs fiksēja divas zemestrīces Marsa otrā pusē. Viens no tiem noticis meteorīta trieciena dēļ.
“Šīs zemestrīces radīja seismiskos viļņus, kas šķērsoja Zemes kodolu,” skaidro Cecīlija Durana, ETH Cīrihes Ģeozinātņu nodaļas doktorante. “Tas ļāva mums apgaismot sirdi.”
Turpretim iepriekšējo Marsa zemestrīču gadījumā viļņi tika atspoguļoti pie serdes un mantijas robežas, nesniedzot nekādu informāciju par sarkanās planētas dziļāko iekšpusi. Šo jauno novērojumu rezultātā pētnieki tagad ir spējuši noteikt šķidrā kodola seismisko viļņu blīvumu un ātrumu līdz aptuveni 1000 kilometru dziļumam.
Kvantu mehāniskā superdatoru simulācija
Lai no šiem profiliem secinātu materiāla sastāvu, pētnieki parasti salīdzina datus ar sintētiskajiem dzelzs sakausējumiem, kas satur dažādas vieglo elementu proporcijas (S, C, O un H). Laboratorijā šie sakausējumi tiek pakļauti augstām temperatūrām un spiedienam, kas līdzvērtīgs Marsa iekšienē konstatētajam, ļaujot pētniekiem tieši izmērīt seismisko viļņu blīvumu un ātrumu.
Tomēr šobrīd lielākā daļa eksperimentu tiek veikti apstākļos, kas dominē Zemes iekšienē, un tāpēc tie nav uzreiz attiecināmi uz Marsu. Rezultātā ETH Cīrihes pētnieki pievērsās citai pieejai. Viņi aprēķināja plaša spektra sakausējumu īpašības, izmantojot kvantu mehāniskos aprēķinus, ko viņi veica Šveices Nacionālajā superskaitļošanas centrā (CSCS) Lugāno, Šveicē.
Kad pētnieki salīdzināja aprēķinātos profilus ar saviem mērījumiem, kuru pamatā bija InSight seismiskie dati, viņiem radās problēma. Izrādās, ka nav vieglo dzelzs sakausējumu, kas vienlaikus atbilstu datiem Marsa augšpusē un centrā. Piemēram, pie robežas starp serdi un apvalku dzelzs sakausējumam vajadzēja saturēt daudz vairāk oglekļa, nekā atrodas serdes iekšpusē.
“Mums bija vajadzīgs zināms laiks, lai saprastu, ka reģions, ko iepriekš uzskatījām par ārējo šķidrās dzelzs kodolu, galu galā nebija kodols, bet gan mantijas dziļākā daļa,” skaidro Huangs. Lai to pamatotu, pētnieki arī atklāja, ka seismisko viļņu blīvums un ātrums, kas izmērīts un aprēķināts Marsa kodola tālākajos 150 kilometros, atbilst tiem, kas konstatēti šķidrajos silikātos – tajā pašā materiālā cietā veidā, kas veido Marsu. ‘ mantija. .
Iepriekšējo Marsa zemestrīču turpmāka analīze un papildu datorsimulācijas apstiprināja šo konstatējumu. Diemžēl putekļaini saules paneļi un no tā izrietošais jaudas trūkums neļāva InSight nolaišanās ierīcei sniegt papildu datus, kas varētu vairāk izgaismot Marsa interjera sastāvu un struktūru. “Tomēr InSight bija ļoti veiksmīga misija, sniedzot mums daudz jaunu datu un ieskatu, kas tiks analizēti nākamajos gados,” saka Khans.
Lai iegūtu papildinformāciju par šo pētījumu, skatiet NASA InSight Lander, kas atklāj izkausētā Marsa noslēpumu.
Atsauces:
A. Khan, D. Huang, C. Durán, P. A. Sosi, D. Giardini un M. Murakami “Pierādījumi par šķidro silikāta slāni virs Marsa kodola”, 2023. gada 25. oktobris, dabu.
doi: 10.1038/s41586-023-06586-4
“Ģeofizikāli pierādījumi par bagātīgu izkausētu silikāta slāni virs Marsa kodola”, autori Henrijs Samuels, Melānija Drilio, Atilio Rivoldīni, Džunbo Sju, Kvancings Huangs, Rafaels F. Garsija, Vedrans Lekičs, Džesika K. E. Ērvinga, Džeimss Padro, Filips H. Lugnonier , Džeimss Konolijs, Taiči Kavamura, Tamāra Gudkova un Viljams B. Reklāmkarogs, 2023. gada 25. oktobris, dabu.
doi: 10.1038/s41586-023-06601-8
NASA Mars Insight misija
reaktīvo dzinēju laboratorija (Reaktīvo dzinēju laboratorija) vadīja InSight NASA Zinātnes misijas direktorātam. InSight ir daļa no NASA Discovery programmas, ko pārvalda aģentūras Māršala kosmosa lidojumu centrs. Lockheed Martin Space uzbūvēja InSight kosmosa kuģi, tostarp kruīza platformu un nolaišanās ierīci, un atbalstīja kosmosa kuģu darbības misijai.
Vairāki Eiropas partneri, tostarp Francijas Nacionālais kosmosa pētījumu centrs (CNES) un Vācijas Aviācijas un kosmosa centrs (DLR), atbalsta InSight misiju. Francijas Nacionālais kosmosa pētījumu centrs iepazīstināja NASA ar Seismiskā eksperimenta iekšējo struktūru (SEIS) instrumentu kopā ar IPGP (Institut Physique du Générale Parīzē) galveno pētnieku. Ievērojamu ieguldījumu SEIS sniedza IPGP; Max Planck Saules sistēmas izpētes institūts (MPS) Vācijā; Šveices Federālais tehnoloģiju institūts (ETH Zurich) Šveicē; Londonas Imperiālā koledža Oksfordas Universitāte Apvienotajā Karalistē; Un reaktīvo dzinēju laboratorija. Marsquake pakalpojumu vada ETH Zurich ar ievērojamu ieguldījumu no IPGP; uz Bristoles Universitāte; Imperiālā koledža; ISAE (Aviācijas un kosmosa Augstākais institūts); MPS. Un reaktīvo dzinēju laboratorija. Siltuma plūsmas un fizisko īpašību paketes (HP3) instrumentu nodrošināja DLR, ar lielu ieguldījumu no Polijas Zinātņu akadēmijas Kosmosa pētniecības centra (CBK) un Astronica Polijā. Spānijas Astrobioloģijas centrs (CAB) piegādāja temperatūras un vēja sensorus.
