Новые открытия, опубликованные в журнале Nature, изменили наше понимание Марса таким образом, что могли бы объяснить многие давние загадки Красной планеты. Международная группа исследователей, вооружившись данными спускаемого аппарата НАСА InSight, обнаружила слой расплавленного силиката у основания марсианской мантии. Это открытие должно произвести революцию в наших знаниях о внутренней структуре Марса.
Этот недавно обнаруженный слой толщиной около 150 километров расположен чуть выше металлического ядра Марса. Хотя его существование может показаться простой геологической деталью, этот слой отвечает на несколько актуальных вопросов о Красной планете.
По первоначальным оценкам, радиус марсианского ядра составлял 1800–1850 км. Благодаря этому революционному открытию учёные теперь полагают, что радиус ядра стал значительно меньше и составляет 1650–1700 км. Чтобы дать представление о масштабе, это примерно половина всего радиуса Марса.
Что послужило причиной этого открытия? Ключ заключался в анализе сейсмической активности Марса. Ранее данные о марсианских землетрясениях, обнаруженных вблизи спускаемого аппарата InSight, были основным источником информации о марсианском ядре. Однако 2021 год принес переломный момент: спускаемый аппарат InSight обнаружил два значительных марсотрясения, одно из которых было вызвано падением метеорита с противоположной стороны планеты. Эти землетрясения послали сейсмические волны через ядро Марса, раскрывая его тайны более подробно.
Результаты оказались неожиданными. Анализируя данные о марсианском землетрясении в сочетании с компьютерным моделированием, исследователи обнаружили, что средняя плотность марсианского ядра была намного ниже, чем ожидалось для структуры, состоящей в основном из жидкого железа. Для сравнения: в то время как ядро Земли содержит около 90% железа (остальную часть составляют легкие элементы), ядро Марса, по-видимому, содержит ошеломляющие 20% этих легких элементов.
Это несоответствие на некоторое время оставило в недоумении таких экспертов, как Дуньян Хуан, старший научный сотрудник ETH Zurich и автор исследования.
«Это представляет собой очень большое сочетание световых элементов, граничащее с невозможным», — сказал Хуанг. «С тех пор мы задавались вопросом об этом результате».
Однако новые результаты дают более ясную перспективу. Расплавленный слой можно сравнить с «нагревательным одеялом», окружающим марсианское ядро. Этот слой не только сохраняет тепло ядра, но и улавливает радиоактивные материалы, усиливая нагрев ядра.
«Одеяло не только изолирует тепло, исходящее от ядра, и предотвращает его охлаждение, но также концентрирует радиоактивные элементы, распад которых генерирует тепло», — сказал Ведран Лекич, профессор геологии Университета Мэриленда и соавтор исследования.
Одним из важных последствий существования этого расплавленного слоя является его влияние на магнитное поле Марса — или его отсутствие. Лекич предполагает, что интенсивное тепло от этого слоя может предотвратить конвективные движения ядра, необходимые для генерации магнитных полей. Следовательно, Марс остается подверженным воздействию мощных солнечных ветров, что может объяснить его пустынный вид.
Функциональное магнитное поле играет решающую роль в защите планет земной группы от солнечных ветров. Без этого такая планета, как Марс, становится уязвимой, теряя поверхностные воды и делая ее негостеприимной. Различия между Землей и Марсом могут быть связаны с их уникальными внутренними структурами и путями эволюции.
«Тепловое покрытие металлического ядра Марса слоем жидкости в основании мантии означает, что внешние источники необходимы для генерации магнитного поля, зарегистрированного в марсианской коре в течение первых 500-800 миллионов лет ее эволюции», — сказал Анри Самуэль, научный сотрудник Института физики Земли в Париже и автор исследования. «Этими источниками могут быть энергетические удары или движение ядра, вызванное гравитационным взаимодействием с древними спутниками, которые с тех пор исчезли».
В соответствии с этим выводы исследовательской группы перекликаются с теорией о том, что Марс когда-то был огромным океаном магмы. По мере остывания образовался силикатный слой, обогащенный радиоактивными элементами и железом. Эта трансформация могла бы существенно повлиять на тепловую эволюцию Марса.
Лекич говорит, что полученные результаты могут пролить свет на будущие космические наблюдения.
«Эти слои, если они будут широко распространены, могут иметь довольно серьезные последствия для остальной части планеты», — сказал он. «Их существование может помочь нам узнать, можно ли генерировать и поддерживать магнитные поля, как планеты остывают с течением времени, а также как динамика их недр меняется со временем. Мы надеемся, что информация, которую мы собрали об эволюции планет с использованием сейсмических данных, проложит путь для будущих миссий к небесным телам, таким как Луна, и другим планетам, таким как Венера».
