Гігантська загадка Червоної планети нарешті розгадана

На Марсі знаходиться, мабуть, найбільша загадка Сонячної системи: так звана марсіанська дихотомія, яка спантеличила вчених з моменту відкриття в 1970-х роках. Південне нагір’я Марса (яке займає приблизно дві третини поверхні планети) піднімається на п’ять-шість кілометрів вище, ніж північні низовини. Більше ніде в Сонячній системі ми не бачимо такого великого різкого контрасту в такому масштабі.

Що спричинило цю драматичну різницю? Вчені розійшлися в думках щодо того, чи це було результатом зовнішніх факторів, таких як зіткнення з величезним астероїдом розміром з місяць, чи внутрішніх, таких як потік тепла через розплавлену надр планети. У новому дослідженні, опублікованому в Geophysical Research Letters, ми проаналізували землетруси, виявлені посадковим модулем NASA Insight, розташованим біля кордону, що розділяє дві сторони дихотомії. Вивчення того, як поширюються вібрації землетрусу, виявило докази того, що походження марсіанської дихотомії лежить глибоко всередині червоної планети.

Марсіанська дихотомія

Висота — не єдина різниця між двома сторонами марсіанської дихотомії. Південне нагір’я всіяне кратерами та смугами застиглих потоків вулканічної лави. На відміну від цього, поверхня північної низовини гладка і плоска, майже без видимих ​​шрамів та інших важливих особливостей. З геофізичних і астрономічних вимірювань ми також знаємо, що кора Марса значно товщі під південними нагір’ями. Більше того, південні скелі намагнічені (що свідчить про те, що вони відносяться до давньої епохи, коли Марс мав глобальне магнітне поле), а північні низовини – ні.

Марсіанську дихотомію виявили в 1970-х роках, коли зображення, отримані зондами Viking, показали різницю у висоті та щільності ударних кратерів. Поверхневу щільність кратерів (кількість кратерів на одиницю площі) можна використовувати для розрахунку віку поверхневих порід – чим старша поверхня, тим більше кратерів. Таким чином, південні височини видаються старшими за північні низовини. Вчені також вважають, що колись на Марсі був величезний океан рідкої води, ймовірно, в тому ж регіоні, що й північна низовина.

Про це точаться багато суперечок, оскільки існування або відсутність осадових відкладень, форм рельєфу та певних мінералів, які утворюються, коли суша вкрита океаном, використовуються як основні докази «за» та «проти». Існування рідкої води є обов’язковою умовою життя, тому неважко зрозуміти інтерес наукового співтовариства і космічних агентств до цієї проблеми.

Космічний простір чи внутрішні сили?

Походження марсіанської дихотомії було давньою загадкою в планетології. Який вид поступового чи бурхливого природного процесу, явища, космічної сили чи катастрофи на ранній стадії Марса (враховуючи вік гірських порід на поверхні) міг би дати відповідь на це запитання?

Виникло дві основні гіпотези.

По-перше, це так звана ендогенна гіпотеза. Це свідчить про те, що різниця в теплопередачі через підйом теплішого і опускання холоднішого матеріалу в мантії Марса призвела до видимої дихотомії на її поверхні.

По-друге, це екзогенна гіпотеза, згідно з якою причина дихотомії походить із космосу. Це означало б катастрофічний вплив або одного тіла розміром з місяць, або кількох менших тіл, які змінюють форму поверхні планети.

Марсотруси

На Землі ми можемо використовувати дані сотень і навіть тисяч сейсмометрів для тріангуляції місця землетрусу. На Марсі ми маємо дані лише з одного приладу посадкового модуля Insight. Щоб визначити місце землетрусу, ми маємо покладатися на вимірювання різниці в часі приходу між різними видами вібрацій (так звані хвилі P і S). Це дозволяє обчислити відстань до землетрусу. Ми також можемо визначити напрямок землетрусу, спостерігаючи за рухом частинок на землі.

Коли ми створили систему визначення землетрусів на основі даних Insight, ми порівняли її з відомими подіями, наприклад зіткненнями з метеоритами, поміченими супутниковими камерами. Ми виявили, що наші методи достовірно вказують на групу землетрусів у регіоні Терра Кіммерія на півдні високогір’я. Далі ми досліджували, як S-хвилі втрачали енергію, коли вони проходили крізь скелі південного нагір’я. Ми також зробили подібні розрахунки для раніше спостережених землетрусів у районі Церберової ямки на північній низовині. Порівняння цих двох показало, що хвилі швидше втрачають енергію на південному високогір’ї. Найвірогідніше пояснення полягає в тому, що скелі під південними нагір’ями гарячіші, ніж на півночі.

Що землетруси говорять нам про дихотомію

Ця різниця температур між двома половинами дихотомії підтверджує ідею, що розкол був спричинений внутрішніми силами на Марсі, а не зовнішнім впливом. Повне пояснення причини досить складне. Щоб спростити, вчені створили моделі того, як дихотомія могла сформуватися на основі початкової нерівності в корі Марса далеко в минулому. У якийсь момент на Марсі були рухомі тектонічні плити, як на Землі. Рух цих плит і розплавленої породи під ними міг створити щось на кшталт дихотомії, яка потім застигла на місці, коли тектонічні плити припинили рух, утворивши те, що вчені називають «застійною кришкою» в розплавленому внутрішньому просторі планети.

Ці події, можливо, увімкнули моделі конвекції в розплавлених породах, які можуть пояснити дихотомію, яку ми бачимо сьогодні, з підйомом під південними нагір’ями та спадом під північними низовинами. Наші дані щодо різниці температур у цій дихотомії узгоджуються з цими моделями. Щоб остаточно відповісти на питання про те, що спричинило марсіанську дихотомію, нам знадобляться додаткові дані про землетруси, а також детальні моделі того, як утворився Марс, і порівняння із Землею та іншими планетами. Однак наше дослідження відкриває нову важливу частину головоломки.