Северное и южное полушария Марса сильно отличаются своим рельефом. Первое — преимущественно низменное, а второе — гористое. Как выяснили исследователи, причиной этого является магматическая активность внутри планеты.
Марсианская дихотомия
Марс имеет северное и южное полушария, как и Земля, но их определяющие характеристики заметно отличаются. Это явление известно как марсианская дихотомия. Южное нагорье более старое, выше и больше иссечено кратерами, чем Северное нагорье. Возвышенный рельеф действует как естественный барьер для воздушных потоков, что приводит к разнообразным ветровым режимам и способствует локальным погодным явлениям.
Объяснение происхождения этой дихотомии в первую очередь связаны с гигантскими импакторами (~2000 км в диаметре) из космоса и масштабными конвективными движениями мантии, вызванными разницей в ее температуре и плотности.
Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, попыталось еще больше разгадать эту историю происхождения путем изучения марсотрясений. Как и на Земле, эта сейсмическая активность может быть использована для изучения движущих механизмов под поверхностью Марса.
Загадочные недра Марса
«Землю и Марс часто считают планетами-сестрами, они образовались в один и тот же период (4,5 млрд лет назад), обе расположены в пределах пригодной для жизни зоны нашей Солнечной системы. Почему Земля наполнена жизнью, а Марс — нет?» — спрашивает профессор Сунь из Института геологии и геофизики Китайской академии наук.
«Мы считаем, что контраст между двумя планетами обусловлен различиями в их внутренних структурах и процессах. Учитывая, что дихотомия является одной из самых ярких особенностей рельефа поверхности и внутренних структур на Марсе, мы надеемся найти ответ на этот вопрос, исследовав причины дихотомии, и попытаться разгадать загадку, которая интриговала ученых в течение 50 лет».
«Хотя картина глубоких недр Земли становится все менее размытой, мы все еще не понимаем внутреннего строения других планет, — объясняет значение проекта профессор Ткалчич из Австралийского национального университета. — В этом исследовании мы изучали недра Марса с помощью волн от марсовых толчков, зарегистрированных сейсмометром InSight, так же, как мы это делаем на Земле с помощью землетрясений. Понимание Солнечной системы зависит от наших знаний о Земле, и наоборот: понимание нашего планетарного соседа позволит нам исследовать прошлое, настоящее и будущее планеты».
Исследование сейсмографических данных
Профессора Сун и Ткалчич использовали данные низкочастотных марсовых землетрясений, записанные во время миссии NASA InSight, которая проходила между 2018 и 2022 годами и имела целью изучить кору, мантию и ядро Марса.
Получение необходимых данных оказалось несколько сложной задачей, учитывая, что на Марсе есть единственный сейсмометр, который регистрировал землетрясения и толчки в течение ограниченного периода времени, в то время как на Земле мы имеем тысячи сейсмометров, непрерывно регистрирующих движение почвы.
Марс демонстрирует значительно меньшую тектоническую активность по сравнению с Землей, что приводит к меньшему количеству и, как правило, меньшей магнитуде марсианских землетрясений. Кроме того, поверхностное расположение сейсмометра подвергает его воздействию дневных ветров, которые, несмотря на защитное экранирование, способствуют значительно более низкому соотношению сигнал / шум.
Улучшив соотношение сигнал / шум с помощью самых современных методов, исследователи обнаружили новый кластер из шести землетрясений в регионе Терра Киммерия на Южном нагорье и сравнили их с 16 ранее известными землетрясениями из ямок Цербера на Северном нагорье, исходя из того, как сейсмические волны движутся от этих землетрясений к сейсмометру InSight.
Впоследствии ученые определили фактор качества для каждого набора, который является физической мерой того, насколько сейсмическая волна ослабевает во время прохождения через недра и поверхность Марса. Поскольку Terra Cimmeria имеет более низкий фактор качества (что означает большее ослабление сейсмических волн), чем Cerberus Fossae, исследователи определили закономерность ослабления сейсмических волн с юга на север.
Поэтому они делают вывод, что южная мантия имеет более высокие температуры и меньшую вязкость. Это также подтверждается тем, что толща коры южного полушария замедляет потерю тепла из недр, делая ее более текучей и, как следствие, испытывая более сильную конвекцию.
В общем профессора Сун и Ткалчич определяют, что конвекция мантии является основной причиной необычной дихотомии Марса, а не гигантские столкновения, как предполагает альтернативная гипотеза.
Научный подход к изучению марсианских недр
Но их исследования продолжаются, поскольку профессор Сун объясняет следующий двусторонний подход к пониманию существенных различий между современным Марсом и Землей.
Во-первых, продолжая наше исследование внутренней структуры Марса по сравнению с Землей, кора в месте посадки InSight, по оценкам, имеет толщину примерно 50 км, что значительно больше, чем средняя континентальная кора Земли (примерно 35 км) и океаническая кора (примерно 10 км или меньше). Поэтому мы будем исследовать, почему Марс, несмотря на то, что он почти вдвое меньше Земли, имеет такую толстую кору.
Во-вторых, мы будем искать жидкую воду на Марсе. Общеизвестно, что вода необходима для поддержания жизни. Доказательства свидетельствуют о том, что Марс когда-то имел огромные океаны, но значительная часть жидкой воды могла испариться в космос или быть секвестрированной в земной коре. Чтобы исследовать это, мы стремимся применить сейсмологические методы, чтобы определить, сохраняется ли жидкая вода в марсианской коре. Изучение этих двух особенностей может помочь нам понять различия в эволюционных путях Марса и Земли, а также дать подсказки о потенциальном будущем и окончательной судьбе нашей планеты.
По материалам phys.org
