Международная исследовательская группа использовала сейсмические данные, полученные посадочным модулем NASA InSight, для непосредственного измерения свойств ядра Марса и обнаружила полностью жидкое ядро из сплава железа с высоким содержанием серы и кислорода. Эти результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывают новое понимание того, как сформировался Марс, и геологических различий между Землей и Марсом, которые в конечном итоге могут сыграть роль в поддержании обитаемости планеты.
«В 1906 году ученые впервые обнаружили ядро Земли, наблюдая, как сейсмические волны от землетрясений подвергались влиянию, проходя через него. Более ста лет спустя мы применяем наши знания о сейсмических волнах к Марсу. С InSight мы, наконец, обнаруживаем, что находится в центре Марса и что делает Марс таким похожим, но отличным от Земли», - сказал один из авторов исследования Ведран Лекич.
Чтобы определить эти различия, команда отследила развитие двух отдаленных сейсмических событий на Марсе, одно из которых было вызвано марсотрясением, а другое — сильным ударом, и обнаружила волны, прошедшие через ядро планеты. Сравнив время, которое потребовалось этим волнам, чтобы пройти через Марс, с волнами, которые остались в мантии, и объединив эту информацию с другими сейсмическими и геофизическими измерениями, команда оценила плотность и сжимаемость материала, через который прошли волны. Результаты исследователей показали, что Марс, скорее всего, имеет полностью жидкое ядро, в отличие от Земли, состоящей из жидкого внешнего ядра и твердого внутреннего ядра.
Кроме того, команда сделала выводы о химическом составе ядра, например, об удивительно большом количестве легких элементов (элементов с низкими атомными номерами), а именно серы и кислорода, присутствующих в самом внутреннем слое Марса. Выводы группы показали, что пятая часть веса ядра состоит из этих элементов. Этот высокий процент резко отличается от сравнительно меньшей весовой доли легких элементов в ядре Земли, что указывает на то, что ядро Марса гораздо менее плотное и более сжимаемое, чем ядро Земли, и эта разница указывает на разные условия формирования двух планет.
«Вы можете думать об этом так: свойства ядра планеты могут служить кратким изложением того, как планета формировалась и как она динамически развивалась с течением времени. Конечным результатом процессов формирования и эволюции может быть либо образование, либо отсутствие условия для поддержания жизни», — объяснил еще один соавтор статьи Николас Шмерр. «Уникальность ядра Земли позволяет ему генерировать магнитное поле, которое защищает нас от солнечных ветров и позволяет нам сохранять воду. Ядро Марса не создает этого защитного экрана, поэтому условия на поверхности планеты враждебны жизни».
Хотя Марс в настоящее время не имеет магнитного поля, ученые предполагают, что когда-то существовало магнитное экранирование, подобное полю, создаваемому ядром Земли, из-за следов магнетизма, сохраняющихся в коре Марса. Лекич и Шмерр отметили, что это может означать, что Марс постепенно эволюционировал до своих нынешних условий, превратившись из планеты с потенциально обитаемой средой в невероятно враждебную. По мнению исследователей, ключевую роль в этой эволюции играют внутренние условия, а также насильственные воздействия.
«В каком-то смысле это похоже на головоломку, — сказал Лекич. - Например, в ядре Марса есть небольшие следы водорода. Это означает, что должны были существовать определенные условия, которые позволили водороду там находиться, и мы должны понять эти условия, чтобы понять, как Марс превратился в планету, которую он сегодня».
Выводы команды в конечном итоге подтвердили точность текущих оценок моделирования, направленных на раскрытие слоев, скрытых под поверхностью планеты. Для таких геофизиков, как Лекич и Шмерр, подобные исследования также прокладывают путь к будущим ориентированным на геофизику экспедициям к другим небесным телам, включая такие планеты, как Венера и Меркурий.
«Это была огромная работа, включающая самые современные сейсмологические методы, которые были отточены на Земле, в сочетании с новыми результатами физиков-минералологов и идеями членов команды, которые моделируют, как внутренние части планет меняются с течением времени», — отметила Джессика Ирвинг, старший преподаватель Бристольского университета и первый автор исследования. «Но работа окупилась, и теперь мы знаем гораздо больше о том, что происходит внутри марсианского ядра».
«Несмотря на то, что миссия InSight завершилась в декабре 2022 года после четырех лет сейсмического мониторинга, мы все еще анализируем собранные данные», — сказал Лекич. «InSight будет продолжать влиять на то, как мы понимаем формирование и эволюцию Марса и других планет в ближайшие годы».