Согласно новому исследованию, у Марса есть твёрдое ядро, что разрешает давнюю планетарную загадку.
Учёные обнаружили, что внутреннее строение Марса схоже со строением Земли. Результаты миссии NASA InSight показывают, что у Красной планеты есть твёрдое внутреннее ядро, окружённое жидким внешним ядром. Это может объяснить давнюю загадку.
Результаты опубликованы в журнале Nature и имеют большое значение для понимания эволюции Марса. Миллиарды лет назад на планете могла быть более плотная атмосфера, которая позволяла жидкой воде течь по поверхности.
Такое плотное атмосферное покрытие могло удерживаться защитным магнитным полем, подобным земному. Однако сегодня у Марса такого поля нет. Учёные задаются вопросом, не привела ли потеря этого магнитного поля к тому, что атмосфера Марса со временем рассеялась в космосе, и планета стала той холодной и сухой пустыней, которой она является сегодня.
Ключевое свойство Земли — наличие твёрдого центра ядра и жидкого внешнего ядра. Конвекция в жидком слое создаёт динамо, генерирующее магнитное поле. Это поле отклоняет заряженные частицы, выбрасываемые Солнцем, предотвращая их воздействие на атмосферу Земли и поддерживая пригодные для жизни условия.
Из остаточной намагниченности в коре учёные полагают, что у Марса когда-то было магнитное поле, возможно, благодаря структуре ядра, похожей на земную. Однако учёные считают, что ядро должно было остыть и перестать двигаться в какой-то момент своей истории.
На поверхности Марса обнаружено множество свидетельств того, что когда-то здесь текла жидкая вода, что указывает на более благоприятные условия в прошлом. Доказательства включают сухие русла озёр с минералами, образовавшимися под водой, или обширные сети долин, прорезанные реками и ручьями. Однако сегодня атмосфера Марса разрежена, а необходимого количества воды нигде не обнаружено.
Команды, работающие с сейсмометрами на марсоходе NASA InSight, впервые идентифицировали ядро Марса и определили, что оно всё ещё жидкое. Теперь новые результаты, полученные Хуэйсин Би из Университета науки и технологий Китая в Хэфэе и его коллегами, показывают, что внутри жидкого ядра может быть твёрдый слой.
Природа внутреннего строения Марса была интригующей загадкой. Было ли оно когда-либо похоже на земное, с динамичным жидким слоем вокруг твёрдого центра? Или меньший размер Марса помешал такому формированию? Насколько большой должна быть планета, чтобы получить защиту магнитного поля, подобного земному, и поддерживать пригодный для жизни климат?
Чтобы понять, что произошло и как развивался Марс, нам нужно понять Марс сегодня. Эти вопросы о марсианской атмосфере, воде и ядре стали причиной нескольких громких марсианских миссий. В то время как марсоходы NASA Spirit, Opportunity, Curiosity и Perseverance изучали поверхностную минералогию, европейский орбитальный аппарат ExoMars Trace Gas Orbiter изучает водный цикл, космический аппарат NASA Maven изучает потерю атмосферы в космос, а посадочный аппарат NASA InSight был отправлен для изучения сейсмической активности.
В 2021 году Саймон Стэлер из ETH Zurich в Швейцарии и его коллеги опубликовали основополагающую статью по миссии InSight. В ней они представили анализ того, как сейсмические волны проходят через Марс во время марсотрясений вблизи InSight, через мантию, через ядро, а затем отражаются от другой стороны планеты и достигают InSight.
Они впервые обнаружили доказательства существования ядра и смогли определить его размер и плотность. Они смоделировали ядро с одним жидким слоем, который был больше и менее плотным, чем ожидалось, и без твёрдого внутреннего ядра. Размер был огромным, около половины радиуса Марса (1800 км), а низкая плотность подразумевала, что оно было наполнено более лёгкими элементами.
Твёрдое внутреннее ядро (радиус 610 км), обнаруженное Хуэйсин Би и его коллегами, имеет огромное значение. Само присутствие твёрдого внутреннего ядра показывает, что кристаллизация и затвердевание происходят по мере охлаждения планеты с течением времени.
Структура ядра больше похожа на земную, и поэтому более вероятно, что в какой-то момент на Марсе существовало динамо. На Земле тепловые (тепловые) изменения между твёрдым внутренним ядром, жидким слоем и мантией приводят в движение конвекцию в жидком слое и создают динамо, которое приводит к магнитному полю. Этот результат делает более вероятным, что на Марсе в прошлом могло существовать динамо.
С Саймоном Стэлером и соавторами, сообщающими о полностью жидком ядре, и Хуэйсин Би и его коллегами, сообщающими о твёрдом внутреннем ядре, может показаться, что возникнут противоречия. Но это не так. Это отличный пример прогресса в сборе и анализе научных данных.
Посадочный аппарат InSight приземлился в ноябре 2018 года, и его последний контакт с Землёй произошёл в декабре 2022 года. В 2021 году Стэлер опубликовал новые данные, полученные с помощью InSight. Модель Стэлера была пересмотрена в 2023 году Анри Самюэлем из Парижского университета и его коллегами. Пересмотренные размер и плотность ядра помогли согласовать результаты InSight с некоторыми другими доказательствами.
В статье Стэлера твёрдое внутреннее ядро специально не исключается. Авторы утверждают, что сила сигнала проанализированных данных была недостаточно сильной, чтобы можно было идентифицировать сейсмические волны, пересекающие границу внутреннего ядра. Это было отличным первым измерением ядра Марса, но оставило открытым вопрос о дополнительных слоях и структуре.
Для последнего исследования, опубликованного в Nature, учёные достигли своего результата путём тщательного отбора определённых типов сейсмических событий на определённом расстоянии от InSight. Они также использовали некоторые новые методы анализа данных, чтобы выделить слабый сигнал из шума прибора.
Этот результат, несомненно, окажет влияние на сообщество, и будет очень интересно увидеть, поддержат ли дополнительные повторные анализы данных InSight их модель или отвергнут её. Также последует тщательное обсуждение более широкого геологического контекста и того, соответствует ли модель другим доступным данным, ограничивающим размер и плотность ядра.
Понимание внутреннего строения планет в нашей Солнечной системе имеет решающее значение для разработки идей об их формировании, росте и эволюции. До InSight исследовались модели Марса, схожие с Землёй, но они, конечно, не были предпочтительными.