Последний робот-геолог НАСА начинает обнаруживать пульс красной планеты.
InSight предназначен для картографирования внутренних структур Марса. Среди многих инструментов космического корабля InSight несет чрезвычайно чувствительный сейсмометр, показанный в центре этого изображения, который отслеживает каждое движение планеты.
Под холодной пыльной поверхностью Марса гудит. Тихий, непрерывный гул периодически пульсирует в ритме землетрясений, сотрясающих планету, но источник этой инопланетной музыки остается неизвестным.
Этот марсианский гул - лишь одна из множества новых загадок и открытий, обнаруженных посадочным модулем НАСА InSight. Работа, описанная в наборе из пяти исследований, опубликованных сегодня в журналах Nature Geoscience и Nature Communications, позволяет взглянуть на удивительную активность над и под поверхностью красной планеты.
InSight приземлился на Марсе в ноябре 2018 года после мучительного спуска на плоское безликое пространство вблизи экватора планеты. С тех пор корабль использует чрезвычайно чувствительный сейсмометр и ряд дополнительных инструментов для получения показаний, которые помогают ученым разобраться в геологической активности и внутренней структуре Марса..
«Это просто такое облегчение, наконец-то встать и закричать, посмотрите на все эти замечательные вещи, которые мы видим», - говорит Брюс Банердт, главный исследователь миссии InSight.
В дополнение к странному гулу последняя партия данных InSight описывает первую активную зону разлома, обнаруженную на Марсе, закономерности и импульсы в современных магнитных полях, а также намекает на магнитное прошлое планеты. В совокупности информация, полученная с Марса, имеет жизненно важное значение для выяснения того, как все твердые планеты формируются и развиваются с течением времени.
«Вы не можете сделать модель только с Земли, вам нужно больше точек данных», - говорит Сюзанна Смрекар, заместитель главного исследователя миссии InSight. «Очень здорово, что мы видим некоторые из этих вещей и пытаемся понять Марс».
Любопытное происхождение землетрясений
Одной из основных целей InSight является измерение сейсмической активности Марса. Первые несколько месяцев прослушивания толчков были тревожно тихими. Но, наконец, 6 апреля 2019 года по красной планете прогремело первое из когда-либо обнаруженных «марсотрясений», взволновавшее земных сейсмологов.
После этого обнаружения марсотрясения продолжают происходить, и на данный момент зарегистрировано более 450, говорит Банердт. Хотя уровень активности не стал неожиданностью, небольшие события, похоже, происходят все чаще и чаще. Всплеск небольших толчков может быть сезонным эффектом, но, поскольку мы только начали собирать записи, это все еще одна из многих загадок, над решением которых команда работает..
Спускаемый модуль InSight находится на поверхности Марса на иллюстрации, на которой показаны его сейсмометр и датчик температуры, получившие название «крот».
Ученые также точно не знают, откуда взялись все эти марсотрясения. Здесь, на Земле, поверхность планеты часто дрожит из-за медленного движения тектонических плит. В земной коре накапливается напряжение, и внезапный выброс вызывает землетрясение. Но на Марсе нет глобальной тектоники плит, поэтому геологи ищут другие возможные триггеры.
Два конкретных землетрясения, обнаруженных InSight, помогают ученым приблизиться к ответам. Пара звенела громко и отчетливо, колебаясь между тремя и четырьмя магнитудами, что позволило исследователям отследить их до места их происхождения - серии глубоких разрезов на поверхности, известных как Cerberus Fossae, которые образовались 10 миллионов лет назад или меньше.
Обширные потоки лавы и потоки воды когда-то вырывались из этих трещин на поверхность, и некоторые жидкости могут все еще задерживаться глубоко под землей. Таким образом, очаги остывания и сжатия магмы или движение расплавленной породы или даже воды через недра являются возможными источниками для пары марсианских грохотов, говорит Смрекар. (Узнайте больше о первой активной зоне разлома, обнаруженной на Марсе.)
Чтобы определить причину марсотрясений и получить более полное представление о недрах, ученым придется обнаружить больше толчков, возможно, даже несколько крупных.
«Мы бы хотели увидеть [величину] пять», - говорит Смрекар. «А кто знает? Это игра ожидания».
Марсианская песня, которая никогда не кончается
InSight также зафиксировал загадочный сейсмический сигнал, который постоянно гудит на фоне хлопающих землетрясений.
На Земле много устойчивых фоновых шумов, наиболее распространенный из которых возникает из-за выплескивания океанов и ударов волн о берег. Но на частоте 2,4 герца марсианский гул имеет более высокий тон, чем большинство естественных гулов на Земле, которые имеют тенденцию падать ниже 1 герца, говорит Стивен Хикс, сейсмолог из Имперского колледжа Лондона, который не участвовал в новых исследованиях.
Анализ показывает, что гул Марса не связан с ревущими ветрами планеты, и, кажется, он усиливается с треском далекого марсотрясения. «Эффект немного похож на то, как если бы вы кричали рядом с колоколом», - объясняет Джошуа Кармайкл, количественный геофизик из Лос-Аламосской национальной лаборатории, не участвовавший в исследовании. Ваш голос представляет собой смесь частот, и если одна из них соответствует резонансу колокола, ваши крики могут заставить его звенеть.
Возможно, гул связан с геологическими особенностями InSight, которые каким-то образом усиливают этот конкретный тон, говорит Банердт. InSight находится в древнем кратере, наполненном пылью и песком, которые могут звенеть, задерживая волны от землетрясений. Тем не менее, структура не возбуждается турбулентными ветрами, и бассейн кажется немного маленьким, чтобы создать это конкретное кольцо, говорит Банердт.
Гудение и землетрясения могут исходить из двух разных источников, говорит Хикс. Банердт добавляет, что сам посадочный модуль InSight может быть причиной таинственного резонанса.
«Это крайне озадачивает», - говорит Банердт. «У нас нет единого мнения, что это такое».
Увеличивающая магнитная картинка
В дополнение к выявлению странностей, связанных с текущей сейсмической активностью Марса, последние данные InSight раскрыли кое-что неожиданное о магнитном поле планеты: поле, окружающее посадочный модуль, в 10 раз сильнее, чем предсказывают спутники.
На Земле наше магнитное поле приводится в движение так называемым геодинамо, создаваемым расплавленным железным ядром внутри вращающейся планеты, которое неуклонно крутится примерно в 1800 милях под нашими ногами. Этот водоворот создает глобальное магнитное поле, которое окружает планету и защищает ее от солнечной радиации.
На Марсе когда-то тоже было геодинамо, но оно остановилось миллиарды лет назад, возможно, позволив солнечным взрывам разрушить когда-то плотную атмосферу. Сегодня сохранились лишь клочки марсианского магнетизма в виде магнитных минералов, запертых в камнях планеты. Таким образом, поверхность планеты представляет собой лоскутное одеяло из магнитных полей различной интенсивности.
Орбитальные аппараты предоставили нечеткую картину этого лоскутного поля, паря высоко над землей. Но теперь InSight предоставил эквивалент изображения с высоким разрешением, а магнитное поле намного интенсивнее, чем ожидалось. Хотя измерения посадочного модуля - это всего лишь одна точка данных, информация может в конечном итоге помочь распутать силу прошлого геодинамо Марса, что, в свою очередь, может ответить на вопросы о том, когда и почему Марс превратился из теплого и влажного мира в холодную и сухую сферу.
«Это измерение было нашим первым крошечным испытанием - одной единственной точкой - того, насколько сильнее может быть намагниченность», - говорит Роберт Лиллис, планетарный космический физик из Калифорнийского университета в Беркли, который не участвовал в эксперименте. исследовательская группа.
Новые исследования также дают дразнящий ключ к разгадке возраста геодинамо. Исследователи проследили сигналы до единицы породы, расположенной в милях под землей, возраст которой оценивается примерно в 3,9 миллиарда лет, что примерно на 200 миллионов лет моложе того момента, когда геодинамо Марса, как принято считать, отключилось.
Геодинамо вращалось в ядре Марса дольше, чем считалось ранее? Трудно сказать наверняка из-за огромной неопределенности в возрасте горных пород, предупреждает Кэтрин Джонсон, первый автор нового исследования магнитных полей Марса и геофизик из Университета Британской Колумбии и Института планетарных наук. Но, возможно, будущие открытия InSight дадут больше подсказок.
Таинственный пульс
InSight также обнаружил некоторый колеблющийся магнетизм, наслоившийся поверх устойчивого магнитного поля Марса - изменения от дня к ночи и сигналы, которые время от времени пульсируют слабым пульсом.
Суточные колебания магнитного поля - обычное явление на Земле. На дневной стороне нашей планеты солнечная радиация падает на верхние слои атмосферы, создавая заряженные частицы, которые взаимодействуют с ветрами и извилистыми силовыми линиями магнитного поля Земли, генерируя электрические токи. В результате магнитное поле на дневной стороне нашей планеты получает дополнительный импульс, а ночная сторона немного слабее. Такая же суточная картина наблюдается и на Марсе, чего ученые не ожидали обнаружить с поверхности.
Марсианское магнитное поле, по-видимому, имеет более короткие периоды колебания, которые происходят около полуночи, а иногда и на рассвете или в сумерках. Джонсон отмечает, что они не появляются каждый день без какой-либо очевидной рифмы или причины. Невидимый дирижер этого магнитного оркестра, вероятно, находится высоко над поверхностью красной планеты. Там потоки заряженных частиц от Солнца обтекают планету, частично отклоняемые слабой атмосферой Марса и пятнистым магнитным полем.
Турбулентность этих солнечных ветров может генерировать волны в магнитном поле Марса, и этот процесс или подобные эффекты могут быть источником пульсаций, которые InSight измеряет на поверхности.
«Мы действительно не понимаем, откуда они берутся», - говорит Джонсон. Парный анализ InSight на земле и орбитальный аппарат MAVEN в небе может помочь пролить свет на это дело.
Между тем, все данные InSight из новых исследований теперь доступны для общественности, а новые партии публикуются каждые три месяца. Банердт надеется, что другие ученые присоединятся к его команде в их непрекращающихся усилиях по изучению цифр.
«Чем больше вы думаете об этом, - говорит он, - тем больше вероятность, что вы найдете хорошие ответы».