Чому на поверхні Марса спостерігається кора?
Коли космічний апарат NASA InSight приземлився на поверхні Марса та розпочав дослідження його надр, на борту знаходився спеціальний зонд, призначений для вивчення підземних шарів. Він виявив, що марсіанська поверхня складається з міцної, але твердої кори. Тепер стали ясні причини цього явища.
26 листопада 2018 року на червоній планеті здійснила посадку місія NASA під назвою "InSight", що розшифровується як "Дослідження внутрішніх надр за допомогою сейсмічних досліджень, геодезії та теплопередачі". Цей захід став знаковим моментом у вивченні Марса, адже вперше на його поверхні була встановлена наукова станція, призначена для дослідження внутрішньої структури планети.
Одним із ключових засобів, які використовував проект InSight, став пакет для дослідження теплових потоків та фізичних характеристик, розроблений Німецьким аерокосмічним центром DLR. Цей пристрій, який також отримав назву "Марсіанський кріт", протягом чотирирічного періоду займався вимірюванням теплових потоків з надр Червоної планети.
Прилад був розроблений для того, щоб зануритися на глибину п'яти метрів (~16,5 футів) під поверхнею, аби фіксувати температурні показники в глибинах Марса. На жаль, "кріт" не зміг досягти запланованої глибини і в підсумку залишився під поверхнею, що стало несподіванкою для дослідників. Проте йому вдалося зібрати велику кількість даних про добові та сезонні зміни температури.
Дослідження цих даних, проведене командою DLR, відкриває нові горизонти у розумінні причин формування твердої кірки на марсіанському ґрунті. Відповідно до їхніх знахідок, температурні умови в верхньому шарі (до 40 см) марсіанської поверхні сприяють виникненню сольових плівок, що надають ґрунту більшої твердості.
Дослідження, представлене в журналі Geophysical Research Letters, виконала команда Центру підтримки користувачів мікрогравітації (MUSC) Інституту космічних операцій та підготовки астронавтів DLR, розташованого в Кельні, що здійснює контроль за експериментом HP.
Дані про тепло, отримані з надр, можуть стати невіддільною частиною розуміння геологічної еволюції Марса і перевірки теорій про його ядро. Наразі вчені підозрюють, що геологічна активність на Марсі значною мірою припинилася наприкінці гесперійського періоду (близько 3 млрд років тому), хоча є докази того, що лава тече там і сьогодні.
Ймовірно, це сталося через те, що внутрішні частини Марса охолоджувалися швидше через його меншу масу і нижчий тиск. Науковці припускають, що це призвело до того, що зовнішнє ядро Марса затверділо, а його внутрішнє ядро стало рідким. Хоча це питання залишається відкритим.
Зіставляючи підповерхневі температури, зібрані місією InSight, з даними про поверхневі температури, команда DLR змогла визначити швидкість теплопереносу в корі (теплову дифузію) та теплопровідність. Це дало можливість вперше оцінити щільність ґрунту на Марсі.
Група дослідників встановила, що густина верхніх 30 см (~12 дюймів) ґрунту подібна до базальтового піску, що стало несподіванкою, враховуючи інформацію з орбітальних супутників. Цей вид матеріалу широко поширений на Землі і утворився в процесі вивітрювання вулканічних порід, що містять значні кількості заліза і магнію.
Під цим шаром густина ґрунту нагадує густину ущільненого піску та великих уламків базальту.
Оскільки верхній шар марсіанського ґрунту, відомий як "дюрікруст", має товщину до 20 см, "кроту" вдалося досягти глибини трохи більше 40 см, що значно менше, ніж заплановані 5 м. Проте інформація, зібрана на цій глибині, виявилася надзвичайно корисною для дослідження теплопередачі на Марсі.
Отже, дослідницька група встановила, що температура ґрунту на Марсі перебуває в межах лише від 5°C до 7°C протягом доби, що є незначною часткою від значних змін температури на поверхні, які коливаються від 110°C до 130°C.
Вони зафіксували сезонні зміни температури на 13°C, при цьому температура залишалася нижчою за точку замерзання води в приповерхневих шарах Марса. Це вказує на те, що марсіанський ґрунт виступає як відмінний ізолятор, суттєво зменшуючи різкі перепади температур на невеликих глибинах.
Це впливає на різні фізичні властивості марсіанського ґрунту, включаючи еластичність, теплопровідність, теплоємність, рух матеріалу в ньому та швидкість, з якою сейсмічні хвилі можуть проходити крізь нього.
Температура є ключовим чинником, який суттєво впливає на хімічні реакції в ґрунті, а також на взаємодію з атмосферними газами, що, в свою чергу, може впливати на потенційні біологічні процеси, пов'язані з можливим існуванням мікробного життя на Марсі. Розуміння фізичних і хімічних властивостей марсіанського ґрунту викликає особливий інтерес у контексті майбутніх досліджень Червоної планети людьми.
Особливо захоплюючим є той факт, що температурні коливання сприяють утворенню солоних розсолів протягом 10 годин на добу (коли в атмосфері є достатня волога) у зимовий та весняний періоди. Це може пояснити, чому під поверхнею Марса існує шар дюрікрусту. Ці дані можуть бути надзвичайно корисними для майбутніх місій, які досліджуватимуть червону планету та прагнутимуть проникнути в її надра, щоб отримати більше інформації про її минуле.
