Первые сейсмические данные о внутренней структуре Красной планеты показали ее удивительно толстую кору и большое расплавленное ядро.
Американский зонд InSight работает на Марсе с конца 2018 года. Стационарный космический аппарат предназначен для изучения внутреннего строения планеты с помощью чувствительного сейсмометра и зарегистрировал колебания более чем от 730 марсотрясений. Это позволило впервые рассмотреть не только поверхность, но и внутренние слои Красной планеты. По итогам этих исследований в журнале Science опубликовали сразу три статьи — о коре, мантии и ядре, — а коротко о них рассказывается в пресс-релизе Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA.
«Ученым потребовались сотни лет, чтобы измерить ядро Земли; после полетов Apollo понадобилось 40 лет для измерения ядра Луны. А у InSight ушло всего два года на измерение марсианского ядра», — говорит швейцарский сейсмолог Симон Шталер (Simon Stähler), один из участников работы.
В самом деле, возникающие при сотрясениях сейсмические волны — механические колебания, проходящие сквозь толщу пород — отражаются на их границах, меняют скорость в зависимости от плотности и так далее. Эти эффекты позволяют использовать их, проводя «томографию» глубоких недр. Ученые не были до конца уверены, что этот подход сработает с Марсом: на Красной планете нет тектоники плит, не видно активных вулканов, а отсутствие глобального магнитного поля может указывать и на то, что ядро у нее остыло и затвердело.
Сейсмограмма марсотрясения, записанная InSight летом 2019 года (235-й сол) / ©JPL-Caltech, NASA
К счастью, оказавшись на месте, зонд InSight уже через несколько месяцев обнаружил, что слабые марсотрясения все-таки случаются, и с тех пор фиксировал их около 733. Было замечено, что источник многих этих толчков находится примерно в тысяче километров от датчика — видимо, в сейсмически активной зоне. 35 событий оказались достаточно мощными (магнитудой около 3-4), чтобы использовать их данные для проведения «сейсмической томографии» планеты и первого качественного описания ее внутренней структуры.
Кора Марса имеет толщину от 24 до 72 километров, а вся литосфера — твердая оболочка, включающая и верхние части мантии — уходит неожиданно глубоко, на 500 километров. Она сравнительно богата радиоактивными примесями, распад которых ведет к небольшому нагреву. Заметим, что, несмотря на бо́льшие размеры нашей планеты, земная литосфера имеет толщину лишь около 100 километров, а кора даже на континентах — до 40 километров. Ученые полагают, что большая мощность литосферы Марса связана с отсутствием на нем отдельных тектонических плит.
Но главные сюрпризы принесло железо-никелевое ядро планеты. Во-первых, оно оказалось жидким, расплавленным. Во-вторых, неожиданно крупным, достигая радиуса в 1830 километров. Это больше половины всего радиуса Марса и на сотни километров больше, чем считалось до сих пор. Поэтому плотность ядра, видимо, меньше, чем показывали прошлые модели, и оно сравнительно богато легкими элементами, такими как углерод, кислород, сера.