Определена глобальная толщина и плотность марсианской коры
В среднем толщина марсианской коры от 42 до 56 километров. Самая тонкая кора в ударном бассейне Исидис на ~10 км и самая толстая в провинции Фарсис на ~90 км. Чтобы представить это в перспективе, сейсмические данные показывают, что земная кора имеет среднюю толщину от 21 до 27 километров, в то время как лунная кора составляет от 34 до 43 километров толщиной.
Топографическая карта поверхности Марса (слева) и изображение мощности земной коры (справа).
Авторы и права: Научная группа MOLA / Доен Ким, ETH Zurich
Сильное землетрясение в последний год миссии NASA Mars InSight позволило исследователям из ETH Zurich определить глобальную толщину и плотность коры планеты. В среднем марсианская кора намного толще земной или лунной, а главный источник тепла планеты — радиоактивный.
После более чем трех лет ежедневного мониторинга и снижения уровня мощности сейсмометра InSight исследователи были вознаграждены данными о значительном марсотрясении в мае 2022 года, они также продолжали несколько раз облетать всю планету. Эти данные не только предоставили информацию о конкретных областях Марса, но и позволили получить глобальный обзор планеты.
«Из этого землетрясения, крупнейшего землетрясения, зарегистрированного за всю миссию InSight, мы наблюдали поверхностные волны, которые обогнули Марс до трех раз», — говорит Доён Ким, сейсмолог и ведущий автор исследования, только что опубликованного в журнале Geophysical Research Letters. Чтобы получить информацию о структуре, через которую прошли волны, исследователи измерили, насколько быстро эти волны распространяются на разных частотах.
Эти сейсмические скорости дают представление о внутренней структуре на разных глубинах. Ранее наблюдаемые поверхностные волны от двух крупных метеоритных ударов также позволяли делать региональные выводы вдоль их конкретных путей распространения. «Теперь у нас есть сейсмические наблюдения, которые представляют глобальную структуру», — говорит Ким.
Сравнение данных с Марса с данными Земли и Луны
Объединив свои недавно полученные результаты с существующими данными о гравитации и топографии Марса, исследователи смогли определить толщину марсианской коры. В среднем это от 42 до 56 километров (26–35 миль). В среднем кора самая тонкая в ударном бассейне Исидис на ~10 км (6 миль) и самая толстая в провинции Фарсис на ~90 км (56 миль). Чтобы представить это в перспективе, сейсмические данные показывают, что земная кора имеет среднюю толщину от 21 до 27 километров (13–17 миль), в то время как лунная кора, как определено сейсмометрами миссии «Аполлон», составляет от 34 до 43 километров (21–17 миль) толщиной.
«Это означает, что марсианская кора намного толще, чем у Земли или Луны», — говорит Ким. Как правило, меньшие планетарные тела в нашей Солнечной системе имеют более толстую кору, чем более крупные тела. Ким объясняет: «Нам посчастливилось наблюдать это землетрясение. На Земле нам было бы трудно определить толщину земной коры, используя ту же силу землетрясения, что и на Марсе. Хотя Марс меньше Земли, он переносит сейсмическую энергию эффективнее».
Один из важнейших результатов этого исследования касается разницы между северным и южным полушариями Марса. Этот контраст наблюдался с тех пор, как существовали телескопы; это особенно заметно на изображениях со спутников Марса. Северное полушарие Марса состоит из плоских низменностей, а на юге есть высокие плато. Разделение между северными низменностями и южными высокогорьями называется марсианской дихотомией.
Аналогичная плотность коры и радиоактивное тепло
«Можно подумать, что эту разницу можно объяснить двумя разными рок-композициями», — говорит Ким. «Один камень будет плотнее другого». Хотя состав может быть одинаковым на севере и юге, толщина земной коры различается. Если кора толще на юге, под ней будет менее плотный материал марсианской мантии, тогда как более тонкая кора на севере будет иметь больше этого плотного и более тяжелого материала.
Что именно удалось доказать исследователям? «На основании сейсмических наблюдений и гравиметрических данных мы показываем, что плотность земной коры в северных низменностях и южных высокогорьях одинакова», — пишут они. Напротив, кора в южном полушарии простирается на большую глубину, чем в северном полушарии. «Это открытие очень интересно и позволяет положить конец давней научной дискуссии о происхождении и структуре марсианской коры», — говорит Ким. В конце концов, анализ падения метеоритов на Марс в прошлом году уже показал, что коры на севере и юге состоят из одного и того же материала.
Дальнейшие выводы можно сделать и из толстой марсианской коры. «Наше исследование показывает, как планета вырабатывает тепло, и объясняет тепловую историю Марса», — говорит Ким. Как планета с одной пластиной, основной источник тепла, производимого сегодня в недрах Марса, является результатом распада радиоактивных элементов, таких как торий, уран и калий. Исследование показало, что от 50% до 70% этих выделяющих тепло элементов находятся в марсианской коре. Это высокое скопление может объяснить, почему под ним есть локальные области, где процессы таяния все еще могут происходить сегодня.
