Nature: Разгадана тайна марсианской оболочки

В течение четырех лет посадочный аппарат НАСА InSight регистрировал толчки на Марсе с помощью своего сейсмометра. Исследователи из ETH Zurich собирали и анализировали данные, передаваемые на Землю, чтобы определить внутреннее строение планеты.

Хотя миссия завершилась в декабре 2022 года, мы обнаружили кое-что очень интересное, — говорит Амир Хан, старший научный сотрудник отделения наук о Земле Цюрихского технологического института.

Анализ зарегистрированных марсотрясений в сочетании с компьютерным моделированием позволил составить новую картину внутреннего строения планеты. Между ядром Марса, состоящим из жидкого железного сплава, и его твердой силикатной мантией находится слой жидкого силиката (магмы) толщиной около 150 км. «На Земле нет такого полностью расплавленного силикатного слоя.

Этот вывод, опубликованный в научном журнале Nature вместе с исследованием Анри Самюэля (Henri Samuel) из Института физики «Глобус-де Пари», который пришел к аналогичному выводу, используя взаимодополняющие методы, также дает новую информацию о размерах и составе ядра Марса, разрешая загадку, которую исследователи до сих пор не могли объяснить.

Анализ первоначально наблюдавшихся марсотрясений показал, что средняя плотность марсианского ядра должна быть значительно ниже плотности чистого жидкого железа. Например, земное ядро состоит из железа примерно на 90% по массе. Легкие элементы, такие как сера, углерод, кислород и водород, составляют в сумме около 10% по массе. Первоначальные оценки плотности марсианского ядра показали, что оно состоит из гораздо большей доли легких элементов — около 20% по массе.

Это очень большое количество легких элементов, граничащее с невозможным. С тех пор мы не перестаем удивляться этому результату, — говорит Доньян Хуанг, постдокторант кафедры наук о Земле ETH Zurich.

Меньше легких элементов

Новые наблюдения показывают, что радиус марсианского ядра уменьшился с первоначально определенного диапазона 1 800-1 850 км до где-то  в диапазоне 1 650-1 700 км, что составляет около 50% от радиуса Марса. Если марсианское ядро меньше, чем считалось ранее, но имеет ту же массу, то, следовательно, его плотность больше и, следовательно, оно содержит меньше легких элементов. Согласно новым расчетам, доля легких элементов снизилась до 9-14% по массе.

Это означает, что средняя плотность марсианского ядра все еще остается несколько низкой, но уже не является необъяснимой в контексте типичных сценариев формирования планет, — говорит Паоло Сосси, доцент кафедры наук о Земле ETH Zurich и член Национального центра компетенции в исследованиях (NCCRs) PlanetS.

Тот факт, что марсианское ядро содержит значительное количество легких элементов, указывает на то, что оно должно было сформироваться очень рано, возможно, когда Солнце еще было окружено газовой туманностью, из которой легкие элементы могли накапливаться в марсианском ядре.

Первоначальные расчеты основывались на сотрясениях, происходивших в непосредственной близости от посадочного аппарата InSight. Однако в августе и сентябре 2021 года сейсмометр зарегистрировал два землетрясения на противоположной стороне Марса. Одно из них было вызвано падением метеорита. «Эти землетрясения вызвали сейсмические волны, которые прошли через ядро», — объясняет Сесилия Дюран, докторант кафедры наук о Земле ETH Zurich.

Это позволило нам осветить ядро.

В случае более ранних марсотрясений, напротив, волны отражались от границы ядра и мантии, не давая никакой информации о глубинных недрах Красной планеты. В результате новых наблюдений исследователям удалось определить плотность и скорость сейсмических волн в жидком ядре на глубине около 1 000 км.

Суперкомпьютерное моделирование

Чтобы определить состав материала по таким профилям, исследователи обычно сравнивают полученные данные с данными синтетических сплавов железа, содержащих различные пропорции легких элементов (S, C, O и H). В лабораторных условиях эти сплавы подвергаются воздействию высоких температур и давлений, эквивалентных тем, которые существуют в недрах Марса, что позволяет исследователям напрямую измерять плотность и скорость сейсмических волн. Однако в настоящее время большинство экспериментов проводится в условиях, характерных для земных недр, поэтому они не могут быть сразу применены к Марсу. Поэтому исследователи из ETH Zurich прибегли к другому методу. Они рассчитали свойства различных сплавов с помощью квантово-механических расчетов, которые проводились в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре (CSCS) в Лугано (Швейцария).

Когда исследователи сравнили рассчитанные профили со своими измерениями по данным сейсморазведки InSight, они столкнулись с проблемой. Оказалось, что ни один сплав железа с легкими элементами не соответствует данным одновременно в верхней и центральной частях марсианского ядра. Например, на границе ядра и мантии сплав железа должен был содержать гораздо больше углерода, чем в недрах ядра.

Нам потребовалось некоторое время, чтобы понять, что область, которую мы ранее считали внешним жидким железным ядром, на самом деле не ядро, а самая глубокая часть мантии, — объясняет Хуанг.

В подтверждение этого исследователи также обнаружили, что плотность и скорость сейсмических волн, измеренные и рассчитанные во внешней 150-километровой части ядра, соответствуют плотности и скорости жидких силикатов — того самого материала, из которого в твердом виде состоит марсианская мантия.

Дальнейший анализ более ранних марсотрясений и дополнительное компьютерное моделирование подтвердили этот результат. Остается только сожалеть, что запыленность солнечных батарей и, как следствие, недостаток энергии не позволили зонду InSight получить дополнительные данные, которые могли бы пролить свет на состав и структуру недр Марса.

Тем не менее, миссия InSight была очень успешной и дала нам много новых данных, которые будут анализироваться еще долгие годы, — говорит Хан.

25.10.2023


Подписаться в Telegram



Космос

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд

Первые научные снимки, сделанные спутником Euc...

Nature Astronomy: Открыта планета с плотностью сахарной ваты
Nature Astronomy: Открыта планета с плотностью сахарной ваты

Международная команда под руководством ис...

Nature: Исследование объяснит, почему на Венере нет воды
Nature: Исследование объяснит, почему на Венере нет воды

Ученые-планетологи из Университета Колора...

EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи
EGU: 41 000 лет назад атмосферу Земли пронзили космические лучи

Магнитное поле Земли защищает нашу планету от&...

«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе

Тайны Вселенной не перестают привлекать л...

Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать

За последнее десятилетие человечество стало св...

ALMA обнаружил тень квазара, который застал Вселенную моложе миллиарда лет
ALMA обнаружил тень квазара, который застал Вселенную моложе миллиарда лет

Теоретические предсказания подтвердились благо...

Планета размером с Землю обнаружена на «заднем дворе» нашего Солнца
Планета размером с Землю обнаружена на «заднем дворе» нашего Солнца

Группа астрономов обнаружила планету, которая ...

MNRAS: Раскрыты секреты "горячего Сатурна" и его пятнистой звезды
MNRAS: Раскрыты секреты "горячего Сатурна" и его пятнистой звезды

Группа астрономов под руководством ученых...

Science Advances: Открыт загадочный компонент кислотных облаков Венеры
Science Advances: Открыт загадочный компонент кислотных облаков Венеры

Из чего состоят облака Венеры? Ученые знают, ч...

MNRAS: Нептун и Уран действительно похожи
MNRAS: Нептун и Уран действительно похожи

Нептун известен как насыщенный голубой, а...

Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена

Впервые люди потревожили лунную пыль 13 сентяб...

PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?

По мере развития астрофизических технологий и&...

Nature: Водород в лунных образцах дает новую надежду на освоение космоса
Nature: Водород в лунных образцах дает новую надежду на освоение космоса

Исследователи Военно-морской исследовательской...

NASA: Уэбб обнаружил новые объекты в центре Млечного Пути
NASA: Уэбб обнаружил новые объекты в центре Млечного Пути

На последнем снимке космического телескопа НАС...

Nature Synthesis: Иммиграция на Марс становится реальнее
Nature Synthesis: Иммиграция на Марс становится реальнее

Иммиграция на Марс и жизнь на н...

На космической рождественской елке нашли 14 транзитных объектов
На космической рождественской елке нашли 14 транзитных объектов

Международная группа ученых под руководст...

The Astrophysical Journal: Богатые газом галактики зажгли раннюю Вселенную
The Astrophysical Journal: Богатые газом галактики зажгли раннюю Вселенную

Новые изображения, полученные с помощью к...

Ракета НАСА увидит раскаленный край звездообразующей сверхновой
Ракета НАСА увидит раскаленный край звездообразующей сверхновой

Новая зондирующая ракета отправится в кос...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
ESA: Первые снимки Евклида показали миллиарды осиротевших звезд
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Heliyon: Ученые нашли виновника тяжелых отравлений благодаря новому методу ПЦР
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
Child Development: Отношения с матерью влияют на умение дружить и растить детей
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
EMBO Reports: Растения-однолюбы находят одного партнера на всю жизнь
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
New Media & Society: Геймеры находят оправдание смурфингу, хотя он их и бесит
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий

Новости компаний, релизы

Физики СПбГУ и Института проблем машиноведения РАН улучшили ударопрочные характеристики нержавеющей стали
КВЗ принимает заявки на целевое обучение в проект «Крылья Ростеха»
Ученые СПбГУ смоделировали сценарии появления таликов в вечной мерзлоте Антарктиды
Треть работодателей тратят на адаптацию одного нового сотрудника до 100 тысяч рублей
Палеонтолог СПбГУ описал новый вид динозавров-бегунов из Кемеровской области