Когда аппарат NASA InSight совершил посадку на Марсе и начал исследовать его глубины, то на борту был специальный подземный зонд, который обнаружил, что поверхность планеты представляет собой твердую, но прочную корку. Сейчас стало понятно, почему это так.
Исследования миссии InSight
26 ноября 2018 года на Марсе приземлилась миссия NASA «Исследование внутренних недр с помощью сейсмических исследований, геодезии и теплопередачи» (InSight). Это стало важной вехой в исследовании Марса, поскольку впервые на поверхность была выведена исследовательская станция для изучения недр планеты.
Одним из важнейших инструментов, которые InSight использовал для этого, был пакет тепловых потоков и физических свойств, разработанный Немецким аэрокосмическим центром DLR. Этот прибор, также известный как «Марсианский крот», в течение четырех лет измерял тепловые потоки из глубин планеты.
Прибор был спроектирован так, чтобы углубляться на пять метров (~16,5 футов) под поверхность, чтобы чувствовать тепло в глубине Марса. К сожалению, «крот» не смог зарыться и в конце концов оказался под поверхностью, что стало неожиданностью для ученых. Тем не менее он собрал значительное количество данных о суточных и сезонных колебаниях.
Анализ этих данных командой из DLR дал новое понимание того, почему марсианский грунт имеет такую корку. Согласно их выводам, температура в верхних 40 см марсианской поверхности приводит к образованию солевых пленок, которые делают почву более твердой.
Результаты исследований марсианских недр
Анализ, опубликованный в журнале Geophysical Research Letters, был проведен командой Центра поддержки пользователей микрогравитации (MUSC) Института космических операций и подготовки астронавтов DLR в Кельне, который отвечает за надзор за экспериментом HP3.
Данные о тепле, полученные из недр, могут стать неотъемлемой частью понимания геологической эволюции Марса и проверки теорий о его ядре. Сейчас ученые подозревают, что геологическая активность на Марсе в значительной степени прекратилась в конце гесперийского периода (около 3 млрд лет назад), хотя есть доказательства того, что лава течет там и сегодня.
Вероятно, это произошло из-за того, что внутренние части Марса охлаждались быстрее из-за его меньшей массы и более низкого давления. Ученые предполагают, что это привело к тому, что внешнее ядро Марса затвердело, а его внутреннее ядро стало жидким. Хотя этот вопрос остается открытым.
Сравнивая подповерхностные температуры, полученные InSight, с поверхностными, команда DLR смогла измерить скорость переноса тепла в коре (тепловую диффузию) и теплопроводность. На основе этого можно было бы впервые оценить плотность марсианского грунта.
Команда определила, что плотность верхних 30 см (~12 дюймов) почвы сопоставима с базальтовым песком — это то, чего нельзя было ожидать, исходя из данных орбитального спутника. Этот материал распространен на Земле и образовался в результате выветривания вулканической породы, богатой железом и магнием.
Под этим слоем плотность грунта сопоставима с плотностью уплотненного песка и грубых базальтовых обломков.
Температура марсианского грунта и перенос тепла
Поскольку корка марсианского грунта (так называемый «дюрикруст») простирается на глубину 20 см, «кроту» удалось проникнуть чуть более чем на 40 см — гораздо меньше, чем 5 м от своей цели. Тем не менее данные, полученные на этой глубине, дали ценную информацию о переносе тепла на Марсе.
Соответственно, команда обнаружила, что температура почвы колеблется лишь от 5°C до 7°C в течение марсианского дня, что составляет крошечную долю колебаний, наблюдаемых на поверхности, — от 110°C до 130°C.
Они отметили сезонные колебания температуры на 13°C, оставаясь при этом ниже точки замерзания воды на Марсе в приповерхностных слоях. Это свидетельствует о том, что марсианский грунт является превосходным изолятором, значительно уменьшая большие перепады температур на небольших глубинах.
Это влияет на различные физические свойства марсианского грунта, включая эластичность, теплопроводность, теплоемкость, движение материала в нем и скорость, с которой сейсмические волны могут проходить сквозь него.
Колебания температуры и образование корки в марсианском грунте
Температура также имеет сильное влияние на химические реакции, происходящие в почве, на обмен с молекулами газа в атмосфере, а следовательно, и на потенциальные биологические процессы, касающиеся возможной микробной жизни на Марсе. Эти знания о свойствах и прочности марсианского грунта также представляют особый интерес для будущих исследований Красной планеты человеком.
Но особенно интересным было то, как колебания температуры делают возможным образование соленых рассолов в течение 10 часов в сутки (когда в атмосфере достаточно влаги) зимой и весной. Поэтому застывание этого рассола является наиболее вероятным объяснением слоя дюрикруста под поверхностью. Эта информация может оказаться очень полезной для будущих миссий, которые будут исследовать Марс и пытаться проникнуть под поверхность, чтобы узнать больше о его истории.
По материалам phys.org
