Аппарат InSight Mars Lander от NASA столкнулся с некоторыми трудностями во время своего пребывания на поверхности красной планеты. Его инструмент «Моль» с трудом проникал в уплотненную марсианскую почву, и миссия в конечном итоге завершилась, когда его солнечные панели покрылись пылью. Но некоторые из его инструментов работали хорошо, включая SEIS, сейсмический эксперимент по внутренней структуре.
SEIS собирал сейсмические данные о Марсе более четырех лет, и исследователи, работавшие со всеми этими данными, определили новую частоту падения метеоритов на Марс.
SEIS был разработан для исследования внутренней структуры Марса путем измерения сейсмических волн от марсотрясений и ударов. Он измерил более 1300 сейсмических событий. Нет способа точно измерить, сколько из них были от ударов, но ученые, работающие с данными, сузили круг возможных вариантов.
Их результаты представлены в новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy под названием «Оценка частоты столкновений на Марсе по статистике очень высокочастотных марсотрясений». Ведущими авторами являются Жеральдин Зенхойзерн и Наталия Вуйчицка из Института геофизики Швейцарской высшей технической школы Цюриха и кафедры наук о Земле и инженерии Имперского колледжа Лондона соответственно.
«Это первая в своем роде работа, в которой на основе сейсмологических данных определяется, как часто метеориты падают на поверхность Марса».
Доменико Джардини, профессор сейсмологии и геодинамики в Швейцарской высшей технической школе Цюриха и один из главных исследователей миссии NASA Mars InSight.
Хотя SEIS был эффективным инструментом, он не всегда мог сказать, что представляло собой каждое сейсмическое событие. Только несколько из обнаруженных им событий были достаточно мощными, чтобы определить их местоположение. Однако шесть событий в непосредственной близости от посадочного модуля InSight были подтверждены как удары метеоритов, поскольку они коррелировали с акустическими атмосферными сигналами, которые издают метеоры, когда входят в атмосферу Марса. Эти шесть событий относятся к более крупной группе, называемой событиями очень высокой частоты (VF).
В то время как процесс возникновения типичного марсотрясения магнитудой 3 занимает несколько секунд, землетрясение, вызванное ударом, занимает гораздо меньше времени из-за гиперскорости столкновения. Это события VF.
За три года регистрации InSight и SEIS обнаружили 70 событий VF. 59 из них имели хорошие оценки расстояния, и, по словам исследователей, несколько из них были «событиями B VF более высокого качества», что означает, что их отношение сигнал/шум было высоким. «Хотя неударное происхождение не может быть окончательно исключено для каждого события VF, мы показываем, что класс VF в целом, вероятно, вызван ударами метеоритов», — объясняют авторы в своей статье.
Это привело к новой оценке частоты столкновений Марса. Исследователи говорят, что от 280 до 360 метеороидов размером с баскетбольный мяч падают на Марс каждый год и оставляют кратеры диаметром более 8 метров (26 футов). Это почти по одному метеороиду в день в верхней части диапазона. «Эта скорость примерно в пять раз превышает число, оцененное только по орбитальным снимкам. Совмещенные с орбитальными снимками, наши результаты показывают, что сейсмология является отличным инструментом для измерения частоты столкновений», — сказал Зенхойзерн в пресс-релизе.
Частота столкновений с различными телами в Солнечной системе является одним из способов понимания возраста их поверхностей. Поверхность Земли молодая, потому что планета очень геологически активна. Землю также гораздо легче изучать более подробно, по очевидным причинам. Но для таких тел, как Луна и Марс, частота столкновений может рассказать нам о возрасте различных поверхностей, что приводит к более глубокому пониманию их истории.
Орбитальные изображения и модели, основанные на сохранившихся лунных кратерах, были основными инструментами, используемыми планетологами для определения частоты столкновений. Данные с Луны использовались для экстраполяции частоты столкновений Марса. Но у этого метода есть проблемы. Марс имеет более мощную гравитацию и находится ближе к источнику большинства метеоров — поясу астероидов.
Это означает, что на Марс падает больше метеороидов, чем на Луну, и это нужно было как-то рассчитать. Наоборот, на Марсе широко распространены пылевые бури, которые могут скрывать кратеры на орбитальных снимках, в то время как лунная поверхность в основном статична. На Марсе также есть разные типы участков поверхности. В некоторых участках кратеры выделяются, в других — нет. Попытка точно учесть столько различий при экстраполяции частоты столкновений с Луны на Марс — сложная задача.
Эта работа показывает, что сейсмометры могут быть более надежным способом определения частоты ударов.
«Мы оценили диаметры кратеров по магнитуде всех марсотрясений VF и их расстоянию, а затем использовали это для расчета количества кратеров, образовавшихся вокруг посадочного модуля InSight в течение года. Затем мы экстраполировали эти данные, чтобы оценить количество ударов, которые ежегодно происходят на всей поверхности Марса», — объяснила Вуйчицка.
«Хотя новые кратеры лучше всего видны на плоской и пыльной местности, где они действительно выделяются, этот тип местности покрывает менее половины поверхности Марса. Однако чувствительный сейсмометр InSight мог услышать каждый отдельный удар в пределах дальности действия посадочных модулей», — сказал Зенхойзерн.
Эти результаты выходят за рамки Марса. Понимание Марса также помогает нам понять более широкую Солнечную систему. «Текущий уровень воздействия метеороидов на Марс имеет жизненно важное значение для определения точного абсолютного возраста поверхностей по всей Солнечной системе», — пишут авторы в своей статье. Без точного возраста поверхности у нас нет точного понимания истории Солнечной системы.
Теперь мы знаем, что 8-метровый (26-футовый) кратер выкапывается где-то на поверхности Марса почти ежедневно, а 30-метровый (98-футовый) кратер — ежемесячное явление. Но дело не только в размере кратера. Эти гиперскоростные удары создают зоны взрыва, которые затмевают сам кратер. Зоны взрыва могут легко быть в 100 раз больше кратера. Таким образом, лучшее понимание частоты ударов может сделать роботизированные миссии и будущие миссии с участием человека более безопасными.
«Более высокое общее число столкновений и относительное количество небольших столкновений, обнаруженных в нашем исследовании, показывают, что метеоритные столкновения могут представлять существенную опасность для будущих исследований Марса и других планет без плотной атмосферы», — пишут авторы в своем заключении.
Это исследование является победой InSight и SEIS, а также исследователей, которые собрали его воедино.
«Это первая в своем роде работа, в которой на основе сейсмологических данных определяется, как часто метеориты падают на поверхность Марса, что было целью миссии Mars InSight первого уровня», — говорит Доменико Джардини, профессор сейсмологии и геодинамики в ETH Zurich и соруководитель миссии NASA Mars InSight. «Такие данные учитываются при планировании будущих миссий на Марс».
