Первое падение метеорита, обнаруженное миссией НАСА InSight; Изображение было получено марсианским разведывательным орбитальным аппаратом НАСА с использованием камеры научного эксперимента по визуализации высокого разрешения (HiRISE). Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны:
Международная группа исследователей под руководством ETH Zurich и Imperial College London вывела первую оценку глобальных метеоритных ударов по Марсу с использованием сейсмических данных. Их выводы показывают, что от 280 до 360 метеоритов падают на планету каждый год, образуя ударные кратеры диаметром более 8 метров (около 26 футов).
Джеральдин Зенхаузерн, соруководитель исследования, прокомментировала: «Эта цифра была примерно в пять раз выше, чем цифра, рассчитанная только по орбитальным снимкам. Наши результаты, согласованные с орбитальными снимками, показывают, что сейсмология является отличным инструментом для измерения скорости ударов».
Сейсмический «щебет» сигнализирует о новом классе землетрясений
Используя данные сейсмометра, развернутого во время миссии НАСА InSight на Марс, исследователи обнаружили, что 6 сейсмических событий, зарегистрированных в непосредственной близости от станции, ранее были идентифицированы как метеорные удары — процесс, ставший возможным благодаря регистрации определенного акустического атмосферного сигнала, генерируемого при метеориты вошли в атмосферу Марса.
Теперь Зенхойзерн из ETH Zurich, соруководитель Наталья Войчицка из Имперского колледжа Лондона и исследовательская группа обнаружили, что эти 6 сейсмических событий принадлежат к гораздо большей группе марсотрясений, так называемых событий очень высокой частоты (VF). Очаговый процесс этих землетрясений происходит гораздо быстрее, чем для тектонического марсотрясения аналогичного размера. В то время как обычное землетрясение магнитудой 3 на Марсе занимает несколько секунд, событие такого же размера, вызванное ударом, занимает всего 0,2 секунды или меньше из-за сверхскорости столкновения. Анализируя спектры марсотрясений, команда выявила еще 80 марсотрясений, которые, как теперь полагают, вызваны ударами метеоритов.
Коллаж, демонстрирующий три метеороидных удара, которые были впервые обнаружены сейсмометром на посадочном модуле NASA InSight, а затем запечатлены аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter с помощью камеры HiRISE. Кредит: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Их исследовательские поиски начались в декабре 2021 года, за год до того, как накопившаяся пыль на солнечных панелях положила конец миссии InSight, когда сильное отдаленное землетрясение, зарегистрированное сейсмометром, вызвало широкополосный сейсмический сигнал по всей планете. Дистанционное зондирование связало землетрясение с кратером шириной 150 метров. Для подтверждения команда InSight объединилась с контекстной камерой (CTX) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) для поиска других свежих кратеров, которые соответствовали бы времени и местоположению сейсмических событий, обнаруженных InSight.
Детективная работа команд принесла свои плоды, и им посчастливилось найти второй свежий кратер диаметром более 100 метров (320 футов). Однако кратеры меньшего размера, образовавшиеся при ударе метеороидов размером с баскетбольный мяч и которые должны быть гораздо более распространенными, остались неуловимыми. Теперь количество ударов метеоритов по-новому оценивается по возникновению этих особых высокочастотных землетрясений.
Первая частота падения метеорита по сейсмическим данным
Около 17 000 метеоритов падают на Землю каждый год, но если они не проносятся по ночному небу, их редко замечают. Большинство метеоритов распадаются при входе в атмосферу Земли, но на Марсе атмосфера в 100 раз тоньше, из-за чего его поверхность подвергается более крупным и частым ударам метеоритов.
До сих пор ученые-планетологи полагались на орбитальные изображения и модели, полученные на основе хорошо сохранившихся метеоритных ударов о Луну, но экстраполяция этих оценок на Марс оказалась сложной задачей. Ученым пришлось учитывать более сильное гравитационное притяжение Марса и его близость к поясу астероидов, что означает, что на Красную планету попадает больше метеоритов. С другой стороны, регулярные песчаные бури приводят к образованию кратеров, которые гораздо хуже сохранились, чем лунные, и поэтому их не так легко обнаружить с помощью орбитальных изображений. Когда метеорит падает на планету, сейсмические волны от удара проходят через кору и мантию и могут быть зафиксированы сейсмометрами.
Войжитка объясняет: «Мы оценили диаметры кратеров на основе магнитуды всех марсотрясений VF и расстояний до них, а затем использовали их для расчета, сколько кратеров образовалось вокруг спускаемого аппарата InSight в течение года. Затем мы экстраполировали эти данные, чтобы оценить количество столкновений, которые происходят ежегодно на всей поверхности Марса».
Ценхойзерн добавляет: «Хотя новые кратеры лучше всего видны на плоской и пыльной местности, где они действительно выделяются, такой тип рельефа покрывает менее половины поверхности Марса. Однако чувствительный сейсмометр InSight мог услышать каждый отдельный удар в пределах досягаемости посадочного модуля».
Взгляд на возраст Марса и будущие миссии
Подобно линиям и морщинам на нашем лице, размер и плотность кратеров от ударов метеоритов раскрывают подсказки о возрасте различных регионов планетарного тела. Чем меньше кратеров, тем моложе регион планеты. Например, на Венере почти нет видимых кратеров, потому что ее поверхность постоянно перерабатывается вулканизмом, в то время как Меркурий и Луна с их древними поверхностями сильно кратерированы. Марс находится между этими примерами, с некоторыми старыми и некоторыми молодыми регионами, которые можно различить по количеству кратеров.
Новые данные показывают, что 8-метровый (26-футовый) кратер возникает где-то на поверхности Марса почти каждый день, а 30-метровый (98-футовый) кратер возникает примерно раз в месяц. Поскольку сверхскоростные удары вызывают зоны взрыва, диаметр которых легко в 100 раз превышает диаметр кратера, знание точного количества ударов важно для безопасности робототехники, а также для будущих пилотируемых миссий на Красную планету.
«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».
По словам Зенхойзерна и Войчицки, следующие шаги в продвижении этих исследований включают использование технологий машинного обучения, которые помогут исследователям идентифицировать дальнейшие кратеры на спутниковых изображениях и идентифицировать сейсмические события в данных.
