Карта, показывающая «марсианскую дихотомию»: южные возвышенности окрашены в желтый и оранжевый цвета, северные низменности — в синий и зеленый. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Геологическая служба США.
Марс является домом, пожалуй, для величайшей загадки Солнечной системы: так называемой марсианской дихотомии, которая сбивает с толку ученых с момента ее открытия в 1970-х годах.
Южные возвышенности Марса (которые покрывают около двух третей поверхности планеты) возвышаются на целых 5–6 километров выше северных низменностей. Нигде больше в Солнечной системе мы не видим такого большого и резкого контраста такого масштаба.
Чем вызвана такая резкая разница? Ученые разделились во мнениях относительно того, является ли это результатом внешних факторов (таких как столкновение с огромным астероидом размером с Луну) или внутренних факторов, таких как поток тепла через расплавленную внутреннюю часть планеты.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, мы проанализировали марсотрясения, обнаруженные посадочным модулем НАСА Insight, расположенным недалеко от границы, разделяющей две стороны дихотомии. Изучение того, как распространяются вибрации марсианского землетрясения, выявило доказательства того, что происхождение марсианской дихотомии лежит глубоко внутри Красной планеты.
Марсианская дихотомия
Высота над уровнем моря — не единственное различие между двумя сторонами марсианской дихотомии.
Южное нагорье испещрено кратерами и пронизано замерзшими потоками вулканической лавы. Напротив, поверхность северных низменностей гладкая и плоская, почти без видимых рубцов и других существенных особенностей.
Из геофизических и астрономических измерений мы также знаем, что кора Марса значительно толще под южным нагорьем. Более того, южные породы намагничены (что позволяет предположить, что они относятся к древней эпохе, когда Марс имел глобальное магнитное поле), а скалы северных низменностей — нет.
Дихотомия Марса была открыта в 1970-х годах, когда изображения зондов «Викинг» показали разницу в высоте и плотности ударных кратеров.
Поверхностная плотность кратеров (количество кратеров на единицу площади) может быть использована для расчета возраста поверхностных пород: чем старше поверхность, тем больше кратеров. Таким образом, южные высокогорья кажутся старше северных низменностей.
Ученые также полагают, что когда-то на Марсе существовал огромный океан жидкой воды, вероятно, в том же регионе, что и северные низменности.
По этому поводу ведется много споров, поскольку существование или отсутствие отложений, форм рельефа и некоторых минералов, образующихся, когда земля покрыта океаном, используются в качестве основных доказательств за и против. Существование жидкой воды является необходимым условием существования жизни, поэтому нетрудно понять интерес научного сообщества и космических агентств к этой проблеме.
Космическое пространство или внутренние силы?
Происхождение марсианской дихотомии долгое время оставалось загадкой планетарной науки. Какой постепенный или насильственный природный процесс, явление, космическая сила или катастрофа на ранней стадии развития Марса (учитывая возраст пород на поверхности) могли бы дать ответ на этот вопрос?
Возникли две основные гипотезы.
Во-первых, это так называемая эндогенная гипотеза. Это утверждает, что разница в теплопередаче за счет подъема более теплого и опускания более холодного материала внутри марсианской мантии привела к видимой дихотомии на ее поверхности.
Вторая — экзогенная гипотеза, согласно которой причина дихотомии исходит из космоса. Это будет означать катастрофическое воздействие либо одного тела размером с Луну, либо нескольких тел меньшего размера, изменяющее форму поверхности планеты.
Марсетрясения
На Земле мы можем использовать данные сотен и даже тысяч сейсмометров для триангуляции места землетрясения.
На Марсе у нас есть данные только от одного инструмента на посадочном модуле Insight. Чтобы определить местоположение марсотрясения, нам приходится полагаться на измерение разницы во времени прихода различных видов вибраций (называемых волнами P и S).
Это позволит нам рассчитать расстояние до марсотрясения. Мы также можем определить направление землетрясения, наблюдая за движением частиц на земле.
После того, как мы создали систему для точного определения марсотрясений по данным Insight, мы сравнили ее с известными событиями, такими как падения метеоритов, зафиксированными спутниковыми камерами. Мы обнаружили, что наши методы надежно указывают на скопление марскотрясений в регионе Терра Киммерия в южном высокогорье.
Затем мы изучили, как S-волны теряли энергию, проходя через скалы южного нагорья. Аналогичные расчеты мы также провели для ранее наблюдавшихся землетрясений в районе ямок Цербера на северной низменности.
Сравнение этих двух показателей показало, что волны теряют энергию быстрее в южном высокогорье. Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что скала под южным нагорьем более горячая, чем на севере.
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.
Что землетрясения говорят нам о дихотомии
Эта разница температур между двумя половинами дихотомии подтверждает идею о том, что раскол был вызван внутренними силами Марса, а не каким-то внешним воздействием.
Полное объяснение того, почему, довольно сложно. Проще говоря, ученые построили модели того, как дихотомия могла сформироваться на основе первоначальной неровности коры Марса еще в далеком прошлом.
В какой-то момент на Марсе были движущиеся тектонические плиты, как на Земле. Движение этих плит и расплавленной породы под ними могло создать что-то вроде дихотомии, которая затем застыла на месте, когда тектонические плиты перестали двигаться, образуя то, что ученые называют «застойной крышкой» в расплавленной недрах планеты.
Эти события, возможно, затем создали закономерности конвекции в расплавленной породе, которые могут объяснить дихотомию, которую мы наблюдаем сегодня, с апвеллингом под южными высокогорьями и нисходящими потоками под северными низменностями.
Наши данные о марсотрясении, свидетельствующие о разнице температур в дихотомии, согласуются с этими моделями.
Чтобы окончательно ответить на вопрос о том, что стало причиной марсианской дихотомии, нам понадобится больше данных о марсианских землетрясениях, а также подробные модели того, как сформировался Марс, и сравнения с Землей и другими планетами. Однако наше исследование открывает новую важную часть головоломки.
Информация от: Разговором
