Благодаря слою расплавленной породы ядро Марса кажется больше

Ядро Марса может выглядеть больше, чем оно есть на самом деле, из-за окружающего его ранее неизвестного слоя расплавленной породы, предполагают ученые в результате пары новых исследований. По словам исследователей, это может наконец раскрыть тайну двухлетней давности о том, как центр Марса оказался удивительно большим и мягким. Команда пришла к такому выводу, воспользовавшись тем фактом, что Марс — единственная планета (кроме Земли), на которой было получено сканирование ее глубоких недр.

Используя датчики на посадочном модуле НАСА InSight, который приземлился на Красной планете в 2018 году, ученые (некоторые из которых связаны с новыми исследованиями) проанализировали сейсмические волны, которые пробегали по марсианской породе, чтобы получить представление о внутренней структуре планеты.

Три исследования, проведенные в 2021 году на основе этих сканирований, показали, что ядро Марса потенциально намного больше, чем ожидалось. По оценкам на 2021 год, центр Красной планеты имел диаметр около 2235 миль (3600 километров), или «около половины размера планеты», сообщил Space Амир Хан, планетолог из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе.  (Для сравнения, ширина ядра Земли составляет около 4350 миль [7000 км].)

Результаты 2021 года также показали, что марсианское ядро имело неожиданно низкую плотность по сравнению с ядром Земли и потенциально состояло из жидкого железа, смешанного с более легкими элементами, такими как сера, углерод, кислород и водород. «Это открытие застало всех врасплох», — сказал Хан.

Ядро Земли состоит примерно на 90 процентов из железа и никеля по весу и примерно на 10 процентов из более легких элементов по весу. Напротив, исследования 2021 года показали, что марсианское ядро, по-видимому, на 20 процентов легче элементов по весу. «Это было просто слишком», — сказал Хан. Присутствие этих более легких элементов было трудно объяснить с помощью существующих моделей образования Марса.

«Доставить все эти более легкие элементы в ядро Марса, пока оно формируется, очень и очень сложно», — сказал Хан. С момента появления исследований 2021 года InSight обнаружил больше марсианских сейсмических волн, вызванных падением метеорита на Марс вдали от посадочного модуля. «Удар произвел много энергии, породив сейсмические волны, которые прошли через ядро Марса», — сказал Хан.

«До этого момента у нас не было ни одного из них для изучения. Они позволили нам получить совершенно новую картину недр Марса, особенно глубоких структур, которые мы не могли осветить раньше». По оценкам двух новых исследований, диаметр центра Марса составляет от 2050 до 2080 миль (от 3300 до 3350 км). В целом, марсианское ядро «на 30 процентов меньше по объему, чем предыдущие оценки», сообщил Анри Самюэль, специалист по планетарной динамике из Парижского университета Сите во Франции.

Новые исследования также показали, что ядро намного плотнее, чем предполагалось в исследованиях 2021 года, «и что в ядре требуется меньше легких элементов», — сказал Хан. «По нашим оценкам, марсианское ядро на 9–14 процентов легче элементов по весу, что имеет больше смысла». Оба новых исследования показывают, что жидкое железное ядро Марса окружено ранее неизвестным слоем мягкой расплавленной богатой кремнием породы толщиной около 93 миль (150 км).

То, как этот слой отражает сейсмические волны, помогло объяснить, почему исследования 2021 года не дали оценок размера ядра Красной планеты. Однако эти два исследования расходятся во мнениях относительно плотности и состава этого вновь обнаруженного слоя.

В частности, Сэмюэл и его коллеги предположили очень плотный слой, богатый серой и кислородом, в то время как Хан и его коллеги предложили менее плотный вариант с относительно меньшим количеством этих элементов.

Сэмюэл объяснил, что более плотный слой расплавленной породы, богатой кремнием, может действовать как теплоизоляционный слой, предотвращая охлаждение и затвердевание ядра. Это, в свою очередь, поможет объяснить, почему на Марсе отсутствует планетарное магнитное поле — магнитное поле Земли возникает в результате того, что ее затвердевающее внутреннее ядро возбуждает внешнее жидкое ядро, создавая мощные электрические токи, генерирующие магнитное поле.

Тем не менее, отметил Сэмюэл, магнитная активность наблюдалась в марсианской коре в течение первых 500–800 миллионов лет эволюции Красной планеты. Возможные объяснения этой магнитной активности могут включать в себя космические воздействия, сказал он, или взаимодействие с древними марсианскими лунами, которые с тех пор исчезли.

Напротив, менее плотный слой расплавленной породы с тяжелым кремнием может помочь объяснить другие детали, наблюдаемые на Марсе. Например, такой слой может подпитывать вулканизм, включая потоки лавы, которые помогли сформировать Тарсис, крупнейшую вулканическую структуру Солнечной системы, а также вулканическую активность, которая все еще может существовать на равнинах марсианского региона, известного как Elysium Planitia.

В общем, с открытием этого нового слоя «нам нужно вернуться, чтобы заново проанализировать и по-новому интерпретировать четырехлетнюю сейсмическую запись и все другие геофизические наблюдения в свете этой новой парадигмы», — сказал Сэмюэл. «Это может привести к дополнительным открытиям глубокой структуры марсианской мантии и ее ядра».