Dane z lądownika misji InSight, który od końca 2018 roku znajduje się na Marsie wskazują, że Czerwona Planeta jest aktywna sejsmicznie. Odkrycia opisane w serii artykułów naukowych opartych na danych z pierwszych 10 miesięcy trwania misji ujawniają, że głęboko pod powierzchnią Mars „żyje”. Publikacje dotyczą też lokalnie silnych pól magnetycznych oraz częstych wirów pyłowych występujących na sąsiedniej planecie.

26 listopada 2018 roku lądownik misji InSight z powodzeniem wylądował na Marsie w płytkim kraterze zwanym Homestead hollow w regionie Elysium Planitia. Około trzy miesiące trwało przygotowanie instrumentów do pracy i dostosowanie ich do warunków panujących na Marsie. Teraz na łamach pisma „Nature Geoscience” oraz „Nature Communications” (linki na końcu) ukazała się seria artykułów naukowych opartych na danych z pierwszych 10 miesięcy marsjańskiej misji InSight.

 

Misja InSight

Marsjańska misja InSight została zaplanowana na dwa lata. Jest pierwszą poświęconą spojrzeniu głęboko pod powierzchnię Czerwonej Planety. Celem misji jest przeprowadzenie na Marsie badań geofizycznych, które dostarczą informacji o budowie wewnętrznej planety i jej współczesnej aktywności geologicznej. Misja ta pozwoli lepiej zrozumieć ewolucję i powstanie Marsa, a także w ogóle planet typu ziemskiego.

Wśród instrumentów naukowych, które poleciały wraz z lądownikiem misji InSight na Marsa są m.in. sejsmometr SEIS (Seisic Experiment for Interior Structure) do wykrywania subtelnych wstrząsów sejsmicznych, czujniki do pomiaru wiatru i ciśnienia powietrza, magnetometr oraz sonda termiczna do pomiarów przepływu ciepła (Heat Flow and Physical Properties Probe – HP3), której mechanizm wbijający, czyli Kret, został zaprojektowany i wykonany przez polskich naukowców.

Niestety ostatni z instrumentów nawet nie zaczął dokonywać pomiarów. Kret miał za zadanie wbić się w marsjański grunt na głębokość około pięciu metrów, wprowadzając tam czujniki sondy termicznej. Jednak marsjański grunt – regolit – okazał się nie być na tyle spójny, by zapewnić mechanizmowi niezbędne tarcie.

Podczas gdy zespół zarządzający misją nadal usiłuje wprowadzić sondę termiczną w grunt Czerwonej Planety, ultraczuły sejsmometr okazał się doskonale spełniać swoje zadanie. Dzięki niemu naukowcy „usłyszeli” setki marsjańskich trzęsień ziemi. Magnetometr także dokonał ciekawych obserwacji, podobnie jak czujniki do pomiaru prędkości i kierunku wiatru i ciśnienia powietrza.

 

Aktywność sejsmiczna na Czerwonej Planecie

Mars drży częściej, ale także łagodniej niż oczekiwano. SEIS zarejestrował do tej pory ponad 450 sygnałów sejsmicznych, z których zdecydowana większość to prawdopodobnie trzęsienia ziemi (część pochodzi z szumu powodowanego przez czynniki środowiskowe, takie jak wiatr). Największe trzęsienie miało magnitudę około 4 stopni. Wśród zarejestrowanych sygnałów 24 to stosunkowo duże trzęsienia o magnitudzie od 3 do 4.

Pierwsze trzęsienia zostały zarejestrowane dopiero na wiosnę 2019 roku, ale już do końca 2019 r. SEIS wykrywał około dwa zdarzenia sejsmiczne dziennie, co sugeruje, że lądownik misji InSight pojawił się na Marsie w wyjątkowo spokojnym czasie. Nie wszystkie z zarejestrowanych sygnałów zostały już przeanalizowane.

Dane zebrane przez instrument SEIS pozwalają badaczom obserwować, w jaki sposób fale sejsmiczne przemieszczają się przez planetę i ujawniają jej wewnętrzne cechy – podobnie jak w przypadku promieniowania rentgenowskiego w tomografii medycznej. Jeszcze zanim misja wylądowała na Marsie, naukowcy opracowali szeroki zakres możliwych modeli do reprezentowania wewnętrznej struktury Czerwonej Planety.

Zarejestrowane trzęsienia są podobne do tych występujących na Ziemi, ale są znacznie słabsze. – Trzęsienia te mają cechy obserwowane już na Księżycu w erze Apollo, z długim czasem trwania sygnału (10 do 20 minut) z powodu właściwości skorupy marsjańskiej – wyjaśnił Domenico Giardiniego z Politechniki Federalnej w Zurychu. Ogólnie jednak, jak dodał, interpretacja danych o trzęsieniu ziemi jest bardzo trudna i w większości przypadków możliwe jest jedynie określenie odległości, ale nie kierunku, z którego docierają fale.

Misja InSight otwiera nową erę sejsmologii planetarnej. Wydajność SEIS przekroczyła oczekiwania, biorąc pod uwagę trudne warunki na Marsie, charakteryzujące się temperaturami od minus 80 do 0 stopni Celsjusza każdego dnia i silnymi oscylacjami wiatru. Wiatr wstrząsa lądownikiem i jego oprzyrządowaniem w ciągu dnia, co prowadzi do wysokiego poziomu hałasu otoczenia. Jednak o zachodzie słońca wiatry uspokajają się umożliwiając rejestrowanie najcichszych zdarzeń sejsmicznych, jakie kiedykolwiek zgromadzono w Układzie Słonecznym. W rezultacie większość sygnałów sejsmicznych wykrytych na Marsie przez SEIS miała miejsce w cichych nocnych godzinach. Trudne środowisko wymaga również starannego rozróżnienia między zdarzeniami sejsmicznymi a sygnałami pochodzącymi z ruchów lądownika, innych instrumentów lub zakłóceń wywołanych atmosferą.

Zarejestrowane przez SEIS uderzenia kreta pozwoliły na odwzorowanie fizycznych właściwości płytkich warstw gleby tuż pod lądownikiem, stąd wiemy, że sprzęt wylądował na cienkiej, piaszczystej warstwie sięgającej na głębokość kilku metrów, mniej więcej w środku starożytnego krateru uderzeniowego o szerokości 20 metrów. Jednak na większych głębokościach skorupa marsjańska ma właściwości porównywalne z krystalicznymi masywami Ziemi, ale wydaje się bardziej spękana.

Misja InSight wylądowała w dość spokojnym regionie Marsa, ponieważ do tej pory nie odnotowano żadnych wydarzeń w pobliżu stacji. Trzy największe wydarzenia miały miejsce w regionie Cerberus Fossae w odległości około 1 500 km od lądownika. W rejonie tym można znaleźć serię szczelin powstałych w wyniku uszkodzeń, które rozerwały skorupę. Dowody sugerują, że w ciągu ostatnich 10 milionów lat teren ten był aktywny tektonicznie i wulkanicznie. Całkowita energia sejsmiczna uwalniona na Marsie leży pomiędzy energią sejsmiczną Ziemi i Księżyca.

– W naszym katalogu mamy teraz około 450 trzęsień, które prawdopodobnie występują na całej planecie i mają różne mechanizmy/ Obecnie mamy o wiele więcej danych niż wniosków i wciąż staramy się „usłyszeć” to, co mówi nam Mars – powiedziała Sue Smrekar z Jet Propulsion Laboratory.

 

Lokalnie silne pola magnetyczne

Uważa się, że miliardy lat temu Mars miał stałe, silne pole magnetyczne, podobnie jak Ziemi. Nie jest już ono obecne, ale pozostawiło po sobie „duchy”, namagnesowane starożytne skały, które teraz znajdują się na głębokości od 61 metrów do nawet kilku kilometrów pod powierzchnią. Lądownik InSight jest wyposażony w magnetometr – pierwszy na powierzchni Marsa, który wykrył te sygnały.

Magnetometr wykazał, że sygnały w kraterze Homestead hollow są 10 razy silniejsze niż przewidywano na podstawie danych z orbitujących wokół Marsa sond kosmicznych, które badały ten obszar. Pomiary z orbiterów są uśredniane dla kilkuset kilometrów, podczas gdy pomiary InSight są bardziej lokalne.

– Ponieważ większość skał powierzchniowych w lokalizacji InSight jest zbyt młoda, aby mogły zostać namagnesowane przez dawne pole planety, magnetyzm musi pochodzić ze starożytnych skał znajdujących się pod powierzchnią – powiedziała Catherine Johnson z University of British Columbia i Planetary Science Institute. – Łączymy te dane z tym, co wiemy z sejsmologii i geologii, aby zrozumieć namagnesowane warstwy poniżej InSight – dodała.

Naukowców intrygują zmiany tych sygnałów w czasie. Pomiary różnią się w zależności od dnia i nocy. Mają również tendencję do pulsowania około północy. Badacze nie wiedzą, dlaczego tak się dzieje. Proponują coraz to nowe koncepcje przyczyn tych zmian. Jedną z nich jest wpływ wiatru słonecznego, który oddziałuje z marsjańską atmosferą.

 

Częste wiry pyłowe

Czujniki zainstalowane na lądowniku nieustannie dokonują pomiarów ciśnienia powietrza oraz prędkości wiatru i jego kierunku, oferując znacznie więcej danych dotyczących marsjańskiej pogody niż poprzednie misje. Instrumenty te wykryły tysiące wirów pyłowych przelatujących w pobliżu lądownika.

– Obszar, gdzie znajduje się lądownik misji InSight ma ma więcej wirów pyłowych niż jakiekolwiek inne miejsce, w którym wylądowaliśmy na Marsie – powiedział Aymeric Spiga z paryskiej Sorbony.

Co zaskakujące, pomimo zarejestrowanej przez czujniki aktywności, kamery lądownika jeszcze nie nagrały żadnych wirów pyłowych. Jednak SEIS wskazuje jasno, że wiry pyłowe ciągną się po powierzchni Marsa jak gigantyczny odkurzacz.

Pięć artykułów opublikowano w „Nature Geoscience” – 12345. Dodatkowy artykuł w „Nature Communications” dotyczy miejsca lądowania misji InSight.

 

 

ŹródłoNASAETH Zurich

 

0 0 vote
Article Rating