Фрагменти, які ймовірно виникли внаслідок колосальних зіткнень на Марсі, що відбулися 4,5 мільярдів років тому, були виявлені на великій глибині під поверхнею планети. Ця знахідка стала можливою завдяки даним, отриманим від вже завершеного місії NASA – InSight, яка зафіксувала ці результати перед закінченням роботи в 2022 році. Давні удари звільнили таку кількість енергії, що змогли розплавити величезні ділянки ранньої кори та мантії планети, водночас закидаючи уламки космічних об’єктів та марсіанського матеріалу глибоко в її надра.
Неможливо точно визначити, що саме вдарило по Марсу, оскільки рання сонячна система була заповнена різноманітними кам’янистими об’єктами, деякі з яких мали величезні розміри і могли вважатися протопланетами. Залишки цих ударів все ще існують у вигляді шматків, діаметром до 4 км, які розкидані по марсіанській мантії. Вони зберігають унікальний запис, доступний лише на таких планетах, як Марс, де відсутність тектонічних плит запобігає перемішуванню внутрішніх шарів, як це відбувається на Землі через конвекцію.
Ці знахідки були опубліковані 28 серпня у науковому журналі.
«Ми ніколи не бачили внутрішню будову планети з такою чіткістю та деталізацією», – зазначив головний автор дослідження Constantinos Charalambous з Імперського коледжу Лондона. «Те, що ми спостерігаємо, – це мантія, всіяна давніми уламками. Їх виживання до нинішнього часу свідчить про те, що мантія Марса еволюціонувала повільно протягом мільярдів років. На Землі подібні особливості могли б швидше зникнути».
InSight, який керувався Лабораторією реактивного руху NASA в Південній Каліфорнії, розмістив перший сейсмометр на поверхні Марса у 2018 році. Цей надзвичайно чутливий прилад зафіксував 1319 марсотрясінь до завершення місії в 2022 році.
Сейсмічна активність на Марсі
Землетруси викликають сейсмічні хвилі, які змінюють свою структуру в залежності від матеріалу, через який вони проходять, що надає вченим можливість вивчати внутрішню будову планет. Команда InSight вже вимірювала розміри, глибину та склад кори, мантії і ядра Марса. Ця остання знахідка, що стосується складу мантії, свідчить про те, що ще багато секретів чекає на відкриття в даних InSight.
«Ми знали, що Марс є часова капсула, яка несе записи свого раннього формування, але не очікували, що зможемо так чітко це побачити завдяки InSight», – додав Tom Pike з Імперського коледжу Лондона, співавтор публікації.
На Марсі відсутні тектонічні плити, які викликають відомі активності на Землі. Проте на Марсі також відбуваються два інші типи землетрусів, які виникають через тріщини в скелях від тепла та тиску, а також через падіння метеоритів.
Метеоритні удари на Марсі виробляють високочастотні сейсмічні хвилі, які проникають з кори глибоко в мантію планети, як описано в публікації, яка була опублікована раніше цього року в Geophysical Research Letters. Марсіанська мантія, що знаходиться під поверхнею, може мати товщину до 1550 км і складатися з твердих порід, температура яких може досягати 1500 градусів Цельсія.
Нові спостереження
У новій статті в журналі Science описуються вісім марсотрясінь, у сейсмічних хвилях яких можна виявити потужну, високочастотну енергію, що досягає глибин мантії, де їхні сейсмічні сигнали зазнають помітних змін.
«Коли ми вперше побачили це у наших даних про землетруси, ми припустили, що уповільнення відбувається в марсіанській корі», – розповів Pike. «Але потім ми помітили, що чим далі сейсмічні хвилі проходять через мантію, тим більше ці високочастотні сигнали уповільнюються».
Використовуючи комп’ютерні моделювання, команда дійшла висновку, що уповільнення і змішання відбулися лише тоді, коли сигнали проходили через маленькі, локалізовані регіони в мантії. Вони також з’ясували, що ці регіони виглядають як клаптики матеріалу з іншим складом, ніж навколишня мантія.
Вирішивши одну загадку, команда зосередилася на іншій: звідки ж взялися ці уламки.
Чужорідні уламки на поверхні
Вертаючи час назад, дослідники зробили висновок, що ці шматки, скоріш за все, з’явилися в результаті ударів величезних астероїдів або інших кам’янистих матеріалів, які вдарили в Марс під час формування сонячної системи, створюючи ці океани магми, проникаючи глибоко в мантію і заважаючи з собою уламки кори і мантії.
Charalambous порівнює цю картину з розбитим склом — кілька великих уламків із багатьма меншими фрагментами. Ця картина відповідає величезному вивільненню енергії, що розпорошила багато фрагментів матеріалу по всій мантії. Вона також узгоджується з сучасними уявленнями про те, що в ранній сонячній системі астероїди та інші планетарні тіла регулярно бомбардували молоді планети.
На Землі кора і верхня мантія постійно переробляються, оскільки тектонічні плити заштовхують краї плити в гарячі внутрішні шари, де через конвекцію більш гарячі та менш щільні матеріали піднімаються, а холодніші, більш щільні опускаються. На відміну від цього, Марс не має тектонічних плит, тому його внутрішні шари обробляються значно повільніше. Те, що такі тонкі структури все ще видні сьогодні, підкреслює Charalambous, «свідчить про те, що Марс не зазнав активного перемішування, яке згладило б ці lumps».
Таким чином, Марс може свідчити про те, що може ховатися під поверхнею інших кам’янистих планет, які не мають тектонічних плит, таких як Венера та Меркурій.
