Иллюстрация происхождения конвекции для дихотомии полушария Марса, основанная на затухании сейсмических волн от марсотрясений. Фото: Сан и Ткалчич, 2024 г.
У Марса, как и у Земли, есть северное и южное полушария, но их определяющие характеристики заметно различаются — явление, известное как марсианская дихотомия. Южное нагорье старше, выше по высоте и больше кратеров, чем Северная низменность. Возвышенная местность первого действует как естественный барьер для воздушного потока, что приводит к различным режимам ветра и способствует возникновению локальных погодных явлений.
Объяснения происхождения этой дихотомии в первую очередь связаны с гигантскими ударниками (диаметром около 2000 километров) из космоса и крупномасштабными конвективными движениями мантии, вызванными различиями в ее температуре и плотности.
В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, была предпринята попытка дальнейшего разгадки этой истории происхождения посредством изучения марсианских землетрясений или марсотрясений. Как и на Земле, эту сейсмическую активность можно использовать для изучения движущих механизмов под поверхностью Марса.
«Землю и Марс часто считают планетами-сестрами, они образовались в один и тот же период (4,5 миллиарда лет назад) и расположены в обитаемой зоне нашей солнечной системы. Почему Земля изобилует жизнью, в то время как Марс кажется таким тихим и лишенным жизни?» в настоящий момент?» Говорит профессор Сунь из Института геологии и геофизики Китайской академии наук.
«Мы считаем, что контраст между двумя планетами проистекает из различий в их внутренних структурах и процессах. Учитывая, что дихотомия является одной из наиболее ярких особенностей рельефа поверхности и внутренних структур Марса, мы надеемся найти ответы на этот вопрос, исследуя причины дихотомии и попытаться решить загадку, которая интриговала учёных на протяжении 50 лет».
«Хотя картина глубинных недр Земли становится менее размытой, мы все еще не понимаем внутренности других планет земной группы», — далее объясняет значение проекта профессор Ткалчич из Австралийского национального университета. «В этом исследовании мы исследовали внутреннюю часть Марса, используя волны марсотрясений, зарегистрированные сейсмометром InSight, почти так же, как мы делаем это на Земле с помощью землетрясений.
«Понимание Солнечной системы зависит от наших знаний о Земле, и наоборот — понимание нашего планетарного соседа позволит нам исследовать прошлое, настоящее и будущее Земли».
Чтобы исследовать это, профессора Сан и Ткалчич использовали данные о низкочастотных марсотрясениях, записанные во время миссии НАСА InSight, проходившей в период с 2018 по 2022 год и направленной на изучение коры, мантии и ядра Марса.
Получение необходимых данных оказалось довольно сложной задачей, учитывая, что на Марсе есть «единственный сейсмометр, который регистрировал марсотрясения и удары в течение ограниченного периода времени, в то время как на Земле у нас есть тысячи сейсмометров, которые непрерывно регистрируют движение земли».
Профессор Сан говорит: «Марс демонстрирует значительно меньшую тектоническую активность по сравнению с Землей, что приводит к меньшему количеству марсотрясений и, как правило, меньшей магнитуды. Отношение к шуму».
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Улучшив соотношение сигнал/шум за счет использования новейших методов, исследователи выявили новую группу из шести марсотрясений в регионе Терра Киммерия Южного нагорья и сравнили их с 16 ранее известными марсотрясениями из ямки Цербера. в Северной низменности на основе того, как сейсмические волны движутся от этих маршетрясений к сейсмометру InSight.
Впоследствии ученые определили коэффициент качества для каждого набора, который является физической мерой того, насколько ослабевает сейсмическая волна при прохождении через недра и поверхность Марса. Поскольку Terra Cimmeria имеет более низкий коэффициент качества (что означает большее ослабление сейсмических волн), чем Cerberus Fossae, исследователи определили закономерность затухания сейсмических волн с юга на север.
Таким образом, они пришли к выводу, что южная мантия испытывает более высокие температуры и меньшую вязкость. Это также подтверждается более толстой корой южного полушария, замедляющей потерю тепла изнутри, делая ее более жидкой и, следовательно, испытывающей более сильную конвекцию.
«Экспериментальные данные, коррелирующие сейсмическую добротность с температурой, позволяют предположить, что мантия под Южным нагорьем может достигать температуры примерно 1000°C по сравнению с примерно 800°C или немного выше под Северной низменностью», — отмечает профессор Сан.
В целом профессора Сан и Ткалчич определяют, что основной причиной необычной дихотомии Марса является мантийная конвекция, а не гигантские удары, как предполагает альтернативная гипотеза.
Но их исследования продолжаются, поскольку профессор Сан объясняет следующий двусторонний подход к пониманию существенных различий между современным Марсом и Землей.
«Во-первых, продолжая исследование внутренней структуры Марса по сравнению с земной, толщина коры на месте посадки InSight оценивается примерно в 50 километров, что значительно толще, чем средняя континентальная кора Земли (около 35 километров) и океаническая кора (около 10 километров). или меньше). Поэтому мы выясним, почему Марс, несмотря на то, что он почти вдвое меньше Земли, имеет такую более толстую кору.
«Во-вторых, мы будем искать жидкую воду на Марсе. Хорошо известно, что вода необходима для поддержания жизни. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что Марс когда-то обладал обширными океанами; однако большая часть его жидкой воды могла уйти в космос или быть изолирована в недрах Марса. Чтобы изучить это, мы стремимся использовать сейсмологические методы, чтобы определить, сохраняется ли жидкая вода в марсианской коре.
«Исследование этих двух особенностей может помочь нам понять расходящиеся пути эволюции Марса и Земли, а также дать подсказки о потенциальном будущем и окончательной судьбе нашей собственной планеты».
