Группа ученых представила новую гравитационную карту Марса на Европейском научном конгрессе 2024 года. Карта показывает наличие плотных крупномасштабных структур под давно исчезнувшим океаном Марса и то, что мантийные процессы влияют на Олимп, крупнейший вулкан в Солнечной системе.
Новая карта и анализ включают данные из нескольких миссий, включая миссию NASA InSIGHT (Исследование внутренних пространств с использованием сейсмических исследований, геодезии и переноса тепла). Они также используют данные о крошечных отклонениях спутников, вращающихся вокруг Марса. Статья «Глобальное гравитационное поле Марса раскрывает активные внутренние области» будет опубликована в предстоящем выпуске JGR: Planets. Ведущий автор — Барт Рут из Делфтского технического университета. Некоторые результаты противоречат важной концепции в геологии.
Геологи работают с концепцией, называемой изгибной изостазией. Она описывает, как внешний жесткий слой планеты реагирует на крупномасштабную нагрузку и разгрузку. Этот слой называется литосферой и состоит из коры и верхней части мантии. Когда что-то тяжелое нагружает литосферу, она реагирует опусканием. На Земле хорошим примером этого является Гренландия, где массивный ледяной щит оказывает на нее давление вниз. По мере таяния ледяных щитов из-за глобального потепления Гренландия поднимется.
Этот изгиб вниз часто вызывает подъем в окружающих областях, хотя эффект незначительный. Чем массивнее нагрузка, тем более выражен изгиб вниз, хотя он также зависит от прочности и эластичности литосферы. Изостазия изгиба является важнейшей идеей для понимания отскока ледника, горообразования и формирования осадочного бассейна.
Авторы новой статьи говорят, что ученым необходимо переосмыслить, как работает изгибная изостазия на Марсе. Это связано с Олимпом, крупнейшим вулканом в Солнечной системе, и целым вулканическим регионом под названием Tharsis Rise или Tharsis Montes. Tharsis Montes — это обширный вулканический регион, в котором находятся еще три огромных щитовых вулкана: Arsia Mons, Pavonis Mons и Ascraeus Mons.
Изостазия изгиба утверждает, что этот массивный регион должен заставить поверхность планеты опуститься. Но верно и обратное. Горы Тарсис намного выше остальной поверхности Марса. Посадочный модуль InSIGHT от NASA также рассказал ученым много о гравитации Марса, и в совокупности это заставляет исследователей пересмотреть то, как все это работает на Марсе.
«Это означает, что нам нужно переосмыслить то, как мы понимаем поддержку большого вулкана и его окрестностей», — пишут авторы. «Гравитационный сигнал его поверхности хорошо вписывается в модель, которая рассматривает планету как тонкую оболочку».
Исследование показывает, что активные процессы в марсианской мантии поднимают Tharsis Montes вверх. «Похоже, что глубоко в слое Марса находится большая масса (что-то легкое), возможно, поднимающаяся из мантии», — пишут авторы. «Это показывает, что внутри Марса все еще могут происходить активные движения, создающие новые вулканические явления на поверхности».
Исследователи обнаружили подземную массу диаметром около 1750 километров и на глубине 1100 километров. Они подозревают, что это мантийный плюм, поднимающийся под горами Тарсис и достаточно сильный, чтобы противостоять нисходящему давлению всей массы. «Это говорит о том, что голова плюма в настоящее время течет вверх к литосфере, чтобы сгенерировать активный вулканизм в геологическом будущем», — пишут авторы в своей статье.
Ведутся споры о том, насколько вулканически активен Марс. Хотя на планете нет активных вулканических образований, исследования показывает, что регион Тарсис вновь появился на поверхности в недалеком геологическом прошлом в течение последних нескольких десятков миллионов лет. Если под горами Тарсис есть мантийный плюм, может ли он в конечном итоге достичь поверхности? Это чисто спекулятивно, и для подтверждения этих результатов необходимы дополнительные исследования.
Исследователи также обнаружили другие гравитационные аномалии. Они обнаружили загадочные плотные структуры под северными полярными равнинами Марса. Они погребены под толстым гладким слоем осадка, который, вероятно, отложился на древнем морском дне.
Аномалии примерно на 300–400 кг/м3 плотнее, чем их окружение. Луна Земли имеет гравитационные аномалии, которые связаны с гигантскими ударными бассейнами. Ученые полагают, что ударники, которые создали бассейны, были плотнее Луны, и их масса стала частью Луны.
Ударные бассейны на Марсе также показывают гравитационные аномалии. Однако аномалии в северном полушарии Марса не показывают никаких следов на поверхности.
«Эти плотные структуры могут иметь вулканическое происхождение или быть уплотненным материалом из-за древних ударов. Мы выявили около 20 объектов разного размера, разбросанных по области, окружающей северную полярную шапку, один из которых напоминает форму собаки», — сказал доктор Рут. «Кажется, на поверхности нет никаких их следов. Однако благодаря данным гравитации у нас есть заманчивый взгляд на более древнюю историю северного полушария Марса».
Единственный способ понять эти загадочные структуры и гравитацию Марса в целом — получить больше данных. Рут и его коллеги являются сторонниками миссии, которая могла бы собрать необходимые данные.
Это называется миссия Martian Quantum Gravity (MaQuls). MaQuls будет основана на той же технологии, которая использовалась в миссиях GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) и GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), которые картировали гравитацию Луны и Земли соответственно. MaQuls будет состоять из двух спутников, следующих друг за другом и соединенных оптической связью.
«Наблюдения с помощью MaQuIs позволят нам лучше исследовать недра Марса. Это поможет нам узнать больше об этих таинственных скрытых особенностях и изучить текущую конвекцию мантии, а также понять динамические поверхностные процессы, такие как сезонные изменения в атмосфере и обнаружение подземных водохранилищ», — сказала доктор Лиза Вернер из DLR, которая на этой неделе представила миссию MaQuIs на EPSC2024.
