Olvadt mag, vékony kéreg – íme a Mars belső szerkezete a vörös bolygó rengései alapján

4886

Három Science cikkben számolnak be az InSight szeizmológiai eredményeiről, melyek a Mars kérgének és köpenyének mélységéről, összetételéről mesélnek, valamint megerősítik azt is, hogy a bolygó magja olvadt. A leszállóegység 2018-as landolása előtt a roverek és keringőegységek leginkább a bolygó felszínét tanulmányozták; ezt változtatta meg a mozdulatlanul és türelmesen váró InSight szeizmométere, aminek köszönhetően először pillanthatunk be a bolygó legmélyebb szerkezetébe.

A Föld magjának külső rétege is olvadt, míg belül szilárd. Az InSight további méréseiből többek közt azt is igyekeznek kideríteni, hogy ugyanez-e a helyzet a Marson is. Bruce Banerdt (NASA JPL), az InSight vezető kutatójának elmondása szerint mikor több, mint egy évtizede összeállították az InSight koncepcióját, akkor a most publikált eredmények megszerzése volt a legfőbb cél. A most megjelent három cikk testesíti meg az elmúlt évtized összes munkájának és aggodalmának gyümölcsét, azaz az InSight hivatalosan is sikeres küldetés lett.

Az InSight szeizmométere (SEIS – Seismic Experiment for Interior Structure) eddig 733 marsrengést detektált, melyekből körülbelül 35 darab 3,0 – 4,0 magnitudós rengésből származnak a cikkekben bemutatott eredmények. Az elképesztően érzékeny műszernek köszönhetően a kutatók több száz, több ezer kilométerről is ,,meghallják” a marsrengéseket.

Felhők vonulnak az InSight SEIS szeizmométere fölött, melyet egy dóm véd a széltől és a környezeti hatásoktól. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A bolygó belsejében haladó szeizmikus hullámok sebessége és formája megváltozik, ahogyan különböző anyagokban haladnak. Ezekből a változásokból a szeizmológusok fel tudják térképezni a bolygó belső szerkezetét; sőt, a Mars belsejét alaposan megvizsgálva arról is többet tudhatunk meg, vajon a kőzetbolygók (mint a Föld is) hogyan alakulhattak ki.

A Földhöz hasonlóan a Mars is felmelegedett, ahogyan a korai Naprendszerben fiatal csillagunk körül keringő porból és szilikátos anyagokból összetapadt. Kialakulásának első néhány tízmillió éve alatt három jól elkülöníthető részre vált szét (kéreg, köpeny és mag), más néven szólva differenciálódott. Az InSight küldetésének egyik feladata az volt, hogy megvizsgálja ennek a három rétegnek a mélységét, méretét és szerkezetét.

A három Science cikk mindegyike egy-egy rétegre fókuszál. Az eredmények szerint a kéreg a vártnál vékonyabb, és akár kettő vagy három alrétege is lehet. Körülbelül 20 km mélységig nyúlik le, ha kettő alréteg van, 37 km-ig, ha három. A kéreg alatt található a köpeny, amely a felszín alatt 1560 km mélységig terjed.

Legbelül pedig a Mars 1830 km sugarú magja található. Az olvadt mag méretének meghatározása különösen nagy örömmel járt. A Föld magjának megméréséhez több száz évre, az Apollo küldetések után a Hold magjának méréséhez 40 évre volt szükség; a Mars magját viszont az InSight landolását követően 2 év alatt meg tudtuk határozni.

Egy marsrengés szeizmogramja az InSight küldetésének 235-ik napjáról, 2019. július 25-ről. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

A földrengések jelentős része, amiket itt a Földön érzünk, a kőzetlemezek találkozásainak közelében alakul ki. A Marson viszont más a helyzet, ott az egész kéreg egy nagy kőzetlemez. Különböző repedések, törések viszont így is keletkeznek benne, ahogyan a folyamatosan hűlő bolygó lassan összehúzódik. Az InSight kutatói olyan rezgéscsomagokat keresnek a szeizmogramokon, ahol a legkisebb apró hullám is vagy rengés, vagy, akár a szél zaja is lehet. Ha a jelek bizonyos ismert mintázatokat vesznek fel (és a szél sem fújt a jel rögzítésének időpontjában), akkor megvan rá az esély, hogy marsrengés történt.

A kezdeti hullámzás a fő, vagy P hullám, melyet a másodlagos S hullám követ. Ezek a hullámok később is felbukkanhatnak a szeizmogramokon, ahogyan a bolygó belsejének különböző rétegeiről verődnek vissza. Amir Khan (ETH Zurich), a köpenyről szóló cikk első szerzőjének elmondása szerint tulajdonképpen egy visszhangra vadásznak. Detektálják a direkt hangot (a rengést), utána pedig ennek a visszhangjait keresik, ahogyan mélyről visszaverődik. A visszaverődésekből akár egyetlen rétegen belüli változásokat is ki tudnak mutatni, mint például a kéreg alrétegeinek létezését. Ilyen rétegződést a Földön is rengeteget látni, a szeizmogram apró ugrásaiból pedig különböző tulajdonságokra lehet következtetni, mint például eltérő porozitású kőzetek, vagy egy töredezettebb réteg jelenléte.

A Mars Cerberus Fossae területének fényképe, melyen majdnem 1000 km hosszan futnak szinte párhuzamosan a törések. Ezeket nem túl régen, néhány millió éve zajlott vulkáni aktivitás hozta létre. (Forrás: ESA/DLR/FU Berlin)

Az egyik nagy meglepetés az volt, hogy úgy tűnik az összes jelentős marsrengés Cerberus Fossae területéről érkezett. Ez a régió valószínűleg néhány millió éve még aktív vulkáni terület volt, láva is folyhatott rajta. A keringőegységek felvételein még guruló sziklák nyomait is megtalálták errefelé, amiket a marsrengések rázhattak le eredeti helyükről. Érdekes viszont, hogy például a Tharsis térségéből, az egyik legmeghatározóbb vulkáni régióból nem észleltek rengéseket. Elképzelhető az is, hogy voltak, csak az InSight nem tudja detektálni, hiszen a mag olyan irányban is vissza tudja verni a szeizmikus hullámokat, hogy nem érik el a leszállóegység szeizmométerét.

Ez pedig még csak a kezdet. Most már egyértelmű mérési adataink vannak, amikkel finomítani lehet a Marsnak, illetve kialakulásának modelljeit – a SEIS pedig minden nap újabb rengéseket detektál. Habár az InSight jelenleg kisebb energiaellátási problémákkal küzd, a szeizmométer folyamatosan fülel, a csapat pedig reménykedik egy 4,0-nál nagyobb erősségű rengésben. A kimért marsrengések adatai nagyon alapos és gondos feldolgozást igényelnek, viszont ha sikerülne egy jó erős rengés elcsípni, akkor mindez sokkal könnyebben menne.

Borítókép grafikája: Chris Bickel/Science, adatok: InSight Mars SEIS Data Service (2019)
Forrás: NASA

Hozzászólás

hozzászólás