Спустя почти десятилетие после того, как миссия NASA InSight разместила первый работающий сейсмометр на поверхности Марса, исследователи всё ещё изучают его записи о слабых вибрациях грунта, чтобы раскрыть тайны глубин планеты.
В недавнем анализе учёные сообщили о сейсмических доказательствах того, что у Марса есть твёрдое внутреннее ядро. Это неожиданное открытие противоречит более ранним исследованиям, которые предполагали, что ядро планеты полностью расплавлено.
Слои внутри Марса
Как и у Земли, у Марса есть слои с разной плотностью, которые могут быть твёрдыми или жидкими. Когда сейсмические волны проходят через эти слои, они изгибаются или отражаются, особенно на границах, где плотность резко меняется. Анализируя распространение этих волн, учёные могут проследить их пути и определить структуру и свойства материалов, через которые они проходят.
Предыдущие анализы данных InSight уже нанесли на карту структуру марсианской коры и мантии, а также показали, что у планеты удивительно большое расплавленное металлическое ядро, занимающее почти половину её радиуса. Такое большое ядро в сочетании с измерениями относительно низкой плотности планеты позволило предположить, что оно должно содержать много лёгких элементов, таких как сера, углерод, водород и кислород. Эти лёгкие элементы понижают температуру плавления железа, что делает его менее склонным к кристаллизации и образованию твёрдого внутреннего ядра. Это частично объясняет, почему новое открытие застало учёных миссии InSight врасплох.
«Никто из нас на самом деле не верил, что у вас будет твёрдое внутреннее ядро», — сказал Амир Хан, геофизик из Цюрихского университета ETH, который входит в научную группу InSight, но не участвовал в новом исследовании.
Путь к центру
Тем не менее сейсмолог Даоюань Сунь из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе и его коллеги решили поискать признаки твёрдого ядра в общедоступных данных InSight. Они повторно изучили данные о 23 марсотрясениях, сейсмические волны которых прошли через ядро планеты, прежде чем вернуться на поверхность.
Чтобы усилить слабые сигналы от сейсмометра, команда объединила записи этих землетрясений. Это позволило выявить два типа продольных (P) волн, которые пересекли ядро. Один набор, известный как волны P′P′, прошёл через внешнее ядро на дальнюю сторону планеты, отразился от поверхности там, а затем прошёл обратно через ядро, чтобы достичь сейсмометра. Другой набор, называемый волнами PKKP, прошёл через внешнее и внутреннее ядро, прежде чем отразиться обратно на поверхность и встретить границу между ядром и мантией на обратном пути.
Изначально исследователи не смогли найти волны PKKP в ожидаемое время прибытия. Вместо этого волны приходили на 50–200 секунд раньше, чем предполагалось, если бы ядро было полностью расплавленным. Раннее прибытие указывало на то, что волны прошли через твёрдый материал, который передаёт сейсмические P-волны быстрее, чем жидкости.
Ища эти сигналы, пришедшие раньше ожидаемого времени, команда также зафиксировала третий набор сейсмических волн, называемых PKiKP. Это P-волны, которые отражаются обратно на поверхность прямо на границе между внутренним и внешним ядром. Это тот же тип сейсмической фазы, который сейсмолог Инге Леманн использовала для обнаружения существования твёрдого внутреннего ядра Земли в 1936 году.
Обнаружение этих волн PKiKP в данных InSight дало учёным веское доказательство того, что у Марса также может быть твёрдое ядро.
«Для меня это самое интересное», — сказал Сунь. «Это, по сути, говорит о том, что вы видите эту структуру внутреннего ядра».
Измерив время прохождения сейсмических фаз, команда Суня подсчитала, что у Марса есть твёрдое внутреннее ядро радиусом около 613 километров — примерно 18% от радиуса самой планеты. Это соотношение очень похоже на соотношение внутреннего ядра Земли, которое составляет около 19% от радиуса Земли, и намного больше, чем ожидали многие исследователи.
Новые горизонты
Команда предположила, что их сейсмические наблюдения можно объяснить внешним ядром, состоящим в основном из жидкого или расплавленного железа и никеля, а также меньшего количества серы и кислорода и не более 3,8% углерода, окружённым твёрдым внутренним ядром, обогащённым кислородом.
«Это как если бы Марс приподнял лишь краешек своей завесы и позволил нам заглянуть внутрь, но только мельком — мы не могли получить полную картину», — сказал Хан.
Эти уровни лёгких элементов учёным по-прежнему трудно объяснить, сказал Хан. Поскольку лёгкие элементы предпочитают оставаться в жидком состоянии, существование твёрдого внутреннего ядра означает, что внешнее ядро вокруг него должно быть ещё богаче лёгкими элементами, чем в предыдущих моделях, которые уже приближались к пределам того, что казалось правдоподобным.
Кроме того, строительные блоки, из которых, по мнению учёных, образовался Марс, не содержат достаточного количества этих элементов, чтобы объяснить обилие, необходимое для твёрдого ядра, добавил Хан.
Новое открытие также возрождает вопросы об отсутствии глобального магнитного поля на Марсе. Магнитное поле Земли поддерживается медленной кристаллизацией ядра, которая вызывает конвективные движения в жидком внешнем ядре, создающие магнитное поле. Известно, что у Марса когда-то было магнитное поле, но оно исчезло миллиарды лет назад.
Если у Марса действительно есть твёрдое внутреннее ядро, то почему его магнитное динамо неактивно?
Вероятная причина заключается в том, что кристаллизация ядра и, следовательно, конвекция во внешнем ядре слишком медленны, чтобы поддерживать глобальное магнитное поле на Марсе, сказал Дуглас Хемингуэй, планетолог из Техасского университета в Остине и соавтор нового исследования. Раннее магнитное поле Марса, вероятно, питалось за счёт первичного тепла, исходящего из его ядра. По мере того как планета остывала в течение миллиардов лет, эта конвекция ослабевала, и магнитное поле в конце концов исчезло.
Однако обнаружение твёрдого ядра на Марсе открывает интригующую возможность того, что глобальное магнитное поле может снова загореться, сказал Хемингуэй. Процесс кристаллизации происходит на границе между внешним и внутренним ядром, и если эта поверхность со временем станет больше, она может достичь точки, когда возникнет достаточно конвективного движения, чтобы запустить динамо и возродить глобальное магнитное поле.
В более ранних работах Хемингуэй предсказал, что если марсианское ядро кристаллизуется от центра наружу, магнитное поле может включиться в течение следующего миллиарда лет. «Так что, знаете, если мы подождём миллиард лет, и этого не произойдёт, то мы ошиблись», — пошутил он.
Окончательного подтверждения существования твёрдого ядра на Марсе может не быть ещё долго. Миссия InSight завершилась в 2022 году, когда пыль, скопившаяся на солнечных панелях посадочного модуля, истощила запас энергии устройства, и новые сейсмические данные с Марса, скорее всего, не появятся в течение десятилетий.
«Возможно, когда мы отправим людей, у нас появится мотивация привезти с собой несколько сейсмометров», — сказал Хемингуэй.
— Хавьер Барбузано (@javibar.bsky.social), научный писатель
Citation: Barbuzano, J. (2025), Scientists may have finally detected a solid inner core on Mars, Eos, 106, https://doi.org/10.1029/2025EO250367. Published on 1 October 2025.
Text © 2025. The authors. CC BY-NC-ND 3.0