26 ноября 2018 года миссия НАСА по внутренним исследованиям с использованием сейсмических исследований, геодезии и теплопереноса (InSight) приземлилась на Марсе. Это стало важной вехой в освоении Марса, поскольку впервые на поверхность была развернута исследовательская станция для исследования недр планеты. Одним из наиболее важных инструментов, которые InSight использовал для этого, был пакет теплового потока и физических свойств (HP3), разработанный Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Этот инструмент, также известный как «Марсианский крот», измерял тепловой поток из глубины планеты в течение четырех лет.
HP3 был разработан для того, чтобы копать на глубину до пяти метров (~ 16,5 футов) в поверхность Марса, чтобы ощущать тепло глубже внутри Марса. К сожалению, крот изо всех сил пытался зарыться и в конце концов оказался прямо под поверхностью, что стало неожиданностью для ученых. Тем не менее, «Крот» собрал значительный объем данных о суточных и сезонных колебаниях под поверхностью земли. Анализ этих данных, проведенный командой Немецкого аэрокосмического центра (DLR), позволил по-новому понять, почему марсианская почва такая «покрытая коркой». Согласно их выводам, температура в верхних 40 см (~ 16 дюймах) поверхности Марса приводит к образованию соляных пленок, которые упрочняют почву.
Анализ был проведен командой Центра поддержки пользователей микрогравитации (MUSC) Института космических операций и подготовки астронавтов DLR в Кельне, который отвечает за надзор за HP.3 эксперимент. Данные о тепле, полученные изнутри, могут стать неотъемлемой частью понимания геологической эволюции Марса и рассмотрения теорий о его центральной области. В настоящее время ученые подозревают, что геологическая активность на Марсе в значительной степени прекратилась к концу гесперианского периода (около 3 миллиардов лет назад), хотя есть свидетельства того, что лава течет там до сих пор.
Вероятно, это было вызвано более быстрым охлаждением внутренней части Марса из-за его меньшей массы и более низкого давления. Ученые предполагают, что это привело к затвердеванию внешнего ядра Марса, в то время как его внутреннее ядро стало жидким, хотя это остается открытым вопросом. Сравнивая подповерхностные температуры, полученные InSight, с температурами поверхности, команда DLR смогла измерить скорость переноса тепла в земной коре (температуропроводность) и теплопроводность. Благодаря этому впервые удалось оценить плотность марсианского грунта.
Команда определила, что плотность самых верхних 30 см (~ 12 дюймов) почвы сравнима с базальтовым песком – чего не ожидалось, исходя из данных орбитального аппарата. Этот материал распространен на Земле и создается в результате выветривания вулканической породы, богатой железом и магнием. Под этим слоем плотность почвы сравнима с уплотненным песком и более крупными обломками базальта. Тилман Спон, главный следователь HP3 эксперимент в Институте планетарных исследований DLR, поясняется в пресс-релизе DLR:
«Чтобы получить представление о механических свойствах почвы, мне нравится сравнивать ее с цветочной пеной, широко используемой во флористике для цветочных композиций. Это легкий, высокопористый материал, в котором при вдавливании в него стеблей растений образуются отверстия... В течение семи марсианских дней мы через короткие промежутки времени измеряли теплопроводность и колебания температуры.
«Кроме того, мы постоянно измеряли самые высокие и самые низкие дневные температуры в течение второго марсианского года. Средняя температура по глубине 40-сантиметрового термозонда составила минус 56 градусов Цельсия (217,5 Кельвина). Эти записи, документирующие температурную кривую в зависимости от дневных циклов и сезонных колебаний, были первыми в своем роде на Марсе».
Поскольку корка марсианской почвы (также известная как «твердая корка») простирается на глубину 20 см (~ 8 дюймов), «Кроту» удалось проникнуть лишь немногим более чем на 40 см (~ 16 дюймов) – что значительно меньше его 5 м ( ~16,5 футов) объектив. Тем не менее, данные, полученные на этой глубине, дали ценную информацию о переносе тепла на Марсе. Соответственно, команда обнаружила, что температура земли колебалась всего на 5–7 °C (от 9 до 12,5 °F) в течение марсианского дня, что составляет лишь небольшую часть колебаний, наблюдаемых на поверхности — от 110 до 130 °C (от 230 до 266 °F). ).
В зависимости от сезона они отметили колебания температуры на 13 °C (~23,5 °F), при этом оставаясь ниже точки замерзания воды на Марсе в слоях вблизи поверхности. Это демонстрирует, что марсианский грунт является отличным изолятором, значительно уменьшающим большие перепады температур на небольших глубинах. Это влияет на различные физические свойства марсианского грунта, включая эластичность, теплопроводность, теплоемкость, движение материала внутри и скорость, с которой через него могут проходить сейсмические волны.
«Температура также оказывает сильное влияние на химические реакции, происходящие в почве, на обмен с молекулами газа в атмосфере, а следовательно, и на потенциальные биологические процессы, касающиеся возможной микробной жизни на Марсе», — сказал Спон. «Эти сведения о свойствах и прочности марсианского грунта также представляют особый интерес для будущих исследований Марса человеком».
Однако особенно интересно то, как колебания температуры способствуют образованию соленых рассолов в течение десяти часов в день (при достаточной влажности атмосферы) зимой и весной. Следовательно, затвердевание этого рассола является наиболее вероятным объяснением существования слоя твердой корки под поверхностью. Эта информация может оказаться очень полезной, когда будущие миссии исследуют Марс и попытаются исследовать его недра, чтобы узнать больше об истории Красной планеты.
Дополнительная литература: DLR
