Znanstvenici su "pogledali" unutar Marsa, i to su ono što su tamo pronašli

Znanstvenici su "pogledali" unutar Marsa, i to su ono što su tamo pronašli
Znanstvenici su "pogledali" unutar Marsa, i to su ono što su tamo pronašli
Anonim

Znanstvenici moraju još puno naučiti o Crvenom planetu. U međuvremenu, uređaji InSight i Perseverance na Zemlju šalju podatke bez presedana o svemu što se detektira na Marsu. Zahvaljujući tome, znanstvenici su dobili ključ za razumijevanje evolucije Crvenog planeta i njegovih razlika od Zemlje.

Uređaji InSight i Perseverance na Zemlju šalju podatke bez presedana o svemu, od potresa do informacija o unutarnjim slojevima Crvenog planeta.

Ako se ljudi na Zemlji bore s intenzivnom borbom protiv pandemije COVID-19, pate od rekordnih vrućina i pokušavaju smisliti kako se pobrinuti da im ne ponestane vode, onda naše letjelice na Marsu žive mnogo tiše. (Pomaže i to što ne moraju disati.) Parkiran na površini Marsa, letjelica Insight sluša potres, dok se rover Perseverance kotrlja okolo u potrazi za životom.

Ovaj tjedan znanstvenici su predstavili niz znanstvenih otkrića temeljenih na podacima prikupljenim od hrabrih robota. Danas su objavili tri članka u časopisu Science, koje su pripremili deseci znanstvenika iz cijelog svijeta. U njima istraživači govore o pametnim načinima korištenja seizmometra aparata "Insight", uz pomoć kojih su uspjeli zaviriti duboko u Crveni planet. Ovaj instrument obogatio ih je neviđenim znanjem o Marsovoj kori, plaštu i jezgri. Znanstvenici su prvi put mapirali nutrinu drugog planeta. A jučer je druga skupina znanstvenika održala konferenciju za novinare na kojoj su objavili preliminarne rezultate istraživačkog rada rovera Perseverance, a također su govorili o sljedećim koracima koje će poduzeti u proučavanju površine kratera Jezero. Ovaj je krater nekad bio jezero i mogao je postati dom drevnog mikrobnog života.

Znanstvenici moraju još puno naučiti o Crvenom planetu. "Sagrađena je od istih gradivnih blokova kao i Zemlja, ali se jako razlikuje od nje", rekla je seizmologinja Sanne Cottaar sa Sveučilišta u Cambridgeu, koja je za Sainz napisala rad o tri nove studije. - Postoji mnogo dokaza da je evolucija Marsa bila na mnogo načina različita. I sada, dok znanstvenici formiraju unutarnju sliku slojeva planeta, imamo nove načine da shvatimo kako je Mars nastao i kako je nastao."

Usporedbom dva planeta postavlja se mnogo zanimljivih pitanja. Na primjer, zašto Zemlja ima magnetsko polje, a čini se da je Mars nestao? Zašto na Zemlji postoji toliko vulkana, a oni su vrlo razbacani, dok su na Marsu vulkani veći i koncentriraniji? (S promjerom od 602 kilometra i nadmorskom visinom od gotovo 26 kilometara, Olimp je najveći poznati vulkan u Sunčevom sustavu.) Nastanak Marsa vjerojatno su popratile brojne kataklizme, ali sada je na njegovoj površini sve mirno. A za razliku od Zemlje, vulkanska aktivnost je mala. (Međutim, u svibnju su znanstvenici iznijeli dokaze o takvim nedavnim aktivnostima.) Samo ako dublje pogledaju ispod površine, istraživači će moći bolje razumjeti takve neobičnosti Marsa, zajedno sa značajkama slične Zemlje.

No, prije nego što zaronimo u lavinu ove znanstvene literature, moramo proći kratak tečaj o strukturi Marsa i aparatu "Insight" koji ga istražuje. U usporedbi sa Zemljom, Crveni planet je geološki prilično miran. Budući da naš planet ima tektonske ploče, ogromne komade zemlje koji se kreću preko donjeg plašta, njegova površina doslovno eksplodira od aktivnosti poput vulkana i katastrofalnih potresa. Na Marsu nema tektonskih ploča, jer se njegova jezgra brzo formirala i ohladila na samom početku postojanja Crvenog planeta. Danas je Mars uzdrman malim podrhtavanjem, vjerojatno uzrokovanim smanjenjem rashladnog planeta.

Zadaća letjelice Insight je otkriti takve potresne potrese pomoću seizmometra, što radi od veljače 2019. godine. Ovaj instrument pruža znanstvenicima iznimno bogatu raznolikost seizmičkih podataka, posebno za dva fenomena-P-valove (kompresijski valovi) i S-valove (posmični valovi), koji nastaju kao posljedica potresa Marsa. "P-valovi su uzdužni seizmički valovi, poput zvuka u zraku, i oni su najbrži valovi koji se šire kroz planetarna tijela", kaže Brigitte Knapmeyer-Endrun, seizmologinja sa Sveučilišta u Kölnu, koja je vodeća autorica studije o modeliranje kore Marsa. “Također imamo sekundarne valove, S-valove ili smicanje. Ovaj pokret više liči na drhtanje žica na gitari."

Ono što je najvažnije, S-valovi su sporiji od P-valova. Stoga, kada se dogodi potres na Marsu, seizmometar Insight sonde registrira ih nešto kasnije. "Razlika između pojavljivanja S-valova i P-valova daje nam ideju o mjestu seizmičke aktivnosti, koliko je udaljena od naše postaje", kaže Knapmeier-Endrun. Ti se valovi također razlikuju ovisno o mediju kroz koji prolaze i od kojeg se reflektiraju. P-valovi prolaze kroz čvrste stijene, tekućine i plinove, a S-valovi samo kroz čvrste stijene.

Analizirajući valove koji dolaze do seizmometra Insight, znanstvenici mogu steći predodžbu o unutarnjem sastavu Marsa. Budući da S-valovi ne mogu prodrijeti u tekuću jezgru, sva se njihova energija u potpunosti reflektira s granice jezgre-plašta. Zamislite to kao binarno za računala. Samo dva elementa, jedinice i nule, mogu se kombinirati za stvaranje iznimno složenog programiranja. Slično, dvije vrste valova kombiniraju se kako bi oslikale složenu sliku utrobe Marsa. "Također gledamo razliku u vremenu dolaska, što nam omogućuje da odredimo debljinu određenog sloja", kaže Knapmeier-Endrun.

Pomoću takvih metoda ona i njeni kolege uspjeli su odrediti debljinu kore. Prije su znanstvenici morali koristiti orbitirajuće satelite za mjerenje razlika u gravitaciji i topografskim svojstvima diljem planeta. Na ovaj način pokušali su odrediti debljinu kore, pa su na kraju došli do zaključka da je to u prosjeku 110 kilometara. "Sada kada se mjerenja vrše iznutra, možemo reći da je to bilo jasno pretjerivanje", kaže Knapmeier -Endrun. Znanstvenici sada vjeruju da je prosječna debljina kore najviše 72 kilometra.

Istraživači vjeruju da se ova kora sastoji od dva ili tri sloja. Tu je najviši sloj debljine 10 kilometara, za koji se prema mjerenjima Insight -a pokazalo da je neočekivano lagan. To je vjerojatno posljedica činjenice da se sastoji od drobljene stijene zaostale od udara meteorita. Sloj ispod tone na dubinu od oko 20 kilometara. “Nažalost, nismo sigurni što je sljedeće, samo plašt ili čak treći sloj kore. Postoji određena neizvjesnost po tom pitanju, a mi to još nismo uspjeli riješiti - kaže Knapmeier -Endrun. "S pouzdanjem možemo reći da kora nije tako debela kao što se ranije mislilo, te da joj je gustoća manja."

Planetarni seizmolog Simon Stähler sa švicarske Više tehničke škole u Zürichu predvodio je proučavanje najtoplije unutrašnjosti Marsa, njegove jezgre. Premda Stehlerov tim nema načina pogledati unutar središnjeg dijela planeta, istraživači su uspjeli doći do nekih informacija analizirajući S-valove reflektirane od granice između jezgre i plašta. Ove vibracije, koje ne mogu prodrijeti u tekuću marsovsku jezgru, vraćaju se na površinu i tamo ih hvataju prijemnici Insight. "Potrebno je nevjerojatnih 10 minuta", kaže Stehler, misleći na vrijeme od potresa do vremena potrebnog da jezgra uhvati signal. Mjereći ovaj vremenski interval, njegov tim je odredio dubinu prodora valova, te je na temelju toga izmjerio dubinu same jezgre. Pokazalo se da počinje oko 1.550 kilometara od površine.

Znanstvenici su otkrili da je gustoća jezgre iznenađujuće niska, samo 6 grama po kubičnom centimetru. To je mnogo manje nego što su očekivali od marsovskog centra s visokim željezom. "Za nas je još uvijek zagonetka zašto je jezgra tako lagana", kaže Stehler. Sigurno bi trebalo biti svjetlijih elemenata, iako nije jasno koji. On i njegov tim nadaju se da će s vremenom snimiti P-valove nastale kao posljedica potresa Marsa na suprotnoj strani planeta, točno nasuprot mjestu gdje se nalazi Insight. Budući da ti valovi mogu prodrijeti kroz granicu između jezgre i plašta, oni će primatelju landera dati informacije o sastavu jezgre Marsa. No da bi to uspjelo, objašnjava Stehler, "Mars nas mora dočekati na pola puta i napraviti takav potres s druge strane planeta."

U svom znanstvenom radu Stehlerov tim izvještava da je radijus jezgre 1830 kilometara. Drugi tim, predvođen Amirom Khanom, geofizičarom sa švicarske Više tehničke škole u Zürichu, otkrio je da je ta veličina toliko velika da ima vrlo malo prostora za plašt, poput Zemlje. Ovaj sloj, koji okružuje jezgru, obavlja zadatak hvatanja topline. Zemljin plašt podijeljen je na dva dijela, a između njih postoji takozvana prijelazna zona. Gornji i donji sloj sastavljeni su od različitih minerala. "Plašt Marsa - reći ću ovo pomalo bez poštovanja - pojednostavljena je verzija Zemljinog plašta, sudeći prema njegovom mineraloškom sastavu", kaže Khan, koji je postao glavni autor rada na opisu Marsovog plašta.

Prethodne procjene radijusa jezgre napravljene su pomoću geokemijskih i geofizičkih podataka i ukazivale su na nedostatak donjeg sloja plašta. No da bi to potvrdili, znanstvenicima su bili potrebni seizmološki podaci Insight -a. Oni su postali ključ za razumijevanje evolucije Crvenog planeta, posebno zašto je izgubio magnetsko polje koje bi štitilo atmosferu i mogući život od jakih solarnih vjetrova. Da bi se pojavilo magnetsko polje, potrebna je temperaturna razlika između vanjskog i unutarnjeg dijela jezgre. Mora biti dovoljno velika da stvara cirkulirajuće struje koje miješaju jezgru tekućine i potiču stvaranje magnetskog polja. No, jezgra Marsa ohladila se tako brzo da su te konvekcijske struje izumrle.

Khanova analiza također pokazuje da Mars ima debelu litosferu, kako se naziva tvrdi i hladni plašt. To bi moglo dati odgovor na pitanje zašto Crveni planet nema tektonske ploče koje izazivaju snažnu vulkansku aktivnost na Zemlji. "Ako postoji vrlo gusta litosfera, iznimno je teško razgraditi je kako bi se stvorile nekakve tektonske ploče na Zemlji", objašnjava Khan. "Možda su bili na Marsu rano, ali sada su se definitivno zatvorili."

Dok Insight "prisluškuje" unutarnje vibracije Marsa, tada Ustrajnost, valjajući se po svojoj prašnjavoj površini, traži u stijenama znakove drevnog života, određuje mjesta na kojima se prikupljaju uzorci površinskog sloja i proučava geološku povijest Jezera. "Istraživanje ne sprinta, to je maraton", rekao je zamjenik glavnog znanstvenog direktora NASA -e Thomas Zurbuchen na konferenciji za novinare u srijedu o prvim uspjesima rovera na Crvenom planetu. "Ustrajnost je samo jedan korak na dugom i pomno isplaniranom putovanju u istraživanje Marsa koje će kombinirati robotske i ljudske napore u nadolazećim godinama."

Na konferenciji za novinare znanstvenici su govorili o tome što Ustrajnost radi tijekom svojih putovanja."Izazov je točno odrediti u kojem smjeru želimo ići i kako ćemo sve uklopiti u svoj raspored", rekla je Vivian Sun iz NASA -inog laboratorija za mlazni pogon, tamošnjeg sistemskog inženjera. Prema njezinim riječima, znanstvenici su odlučili poslati Perseverance oko kilometar južno od mjesta slijetanja kako bi prikupili prve uzorke stijena. Prikupljeni uzorci bit će pohranjeni u tijelu rovera, a zatim će ih položiti na površinu planeta za naknadni prijenos na Zemlju povratnim letom.

Ustrajnost je opremljena dvometrskom robotskom rukom s nizom novih uređaja, uključujući i tehnološki demonstrator nazvan MOXIE za ispitivanje mogućnosti stvaranja kisika iz atmosfere Marsa. Već je pokazao svoju sposobnost pretvaranja malih količina atmosferskog ugljičnog dioksida u kisik. Tu su i senzori za procjenu trenutne klime te kamere visoke rezolucije za snimanje onoga što se nalazi oko rovera. "Samo nas muče vragovi prašine", rekao je geokemičar s Caltecha Ken Farley. To su doista đavolski udari vjetra, vrlo slični, kako kaže, zemaljskim.

Neke stijene na fotografijama nalikuju očvrslom jezerskom mulju. To ukazuje na to da tu treba tražiti tragove prošlog života u obliku fosiliziranih bioloških znakova. Znanstvenici također žele shvatiti jesu li stijene u krateru sedimentnog ili vulkanskog podrijetla. Ako su to ostaci vulkanskih emisija, tada pomoću radiometrije možete odrediti njihovu starost. To će omogućiti bolje razumijevanje geološke povijesti materijala prikupljenih upornošću. Farley kaže da je do sada najčudniji nalaz znakova poplava i promjena vodostaja. To sugerira da je krater prošao nekoliko faza sušenja i punjenja vodom u tekućem stanju.

Naoružani novim softverom temeljenim na umjetnoj inteligenciji, Perseverance je također oborio rekord u kretanju rovera neovisno o površini planeta, a to je učinilo drugog dana autonomnog kretanja. "Autonomni pogon danas je gotovo jednako brz kao i kretanje ljudi", rekao je inženjer robotike Laboratorija za mlazni pogon Olivier Toupet. Čovjek može daljinski upravljati roverom pomičući ga oko 30 metara dnevno. On izvodi pažljivo kalibrirane manevre, izbjegavajući prepreke, a umjetna inteligencija omogućuje vam povećanje brzine uređaja. Softver stvara trodimenzionalnu kartu površine po kojoj se vozilo kreće, omogućujući mu da optimizira i ažurira svoju rutu u stvarnom vremenu. Prema Toupeu, maksimalna udaljenost koja se autonomno prelazi na Marsu je oko 107 metara. Znanstvenici očekuju da će ustrajnost u sljedećih nekoliko tjedana učetverostručiti tu brojku.

Nakon što završi južni bok, Ustrajnost će krenuti prema sjeverozapadu do delte drevne rijeke koja je nekad nosila svoje vode do kratera Jezero. Tada će početi u potpunosti koristiti instrumente na brodu kako bi utvrdio kemijski i mineraloški sastav lokalnih marsovskih stijena, kao i njihov oblik i teksturu. Ove će informacije pomoći znanstvenicima da nauče više o drevnom vodotoku ovog bazena.

A "Insight" koji se nalazi nekoliko tisuća kilometara dalje nastavit će registrirati podzemne potrese i otkrivati unutarnju strukturu ovog stjenovitog planeta, koju su znanstvenici uspjeli okarakterizirati pomoću seizmologije. "Ovo je vrlo mlado područje istraživanja za čovječanstvo", kaže Kottar. "Gledamo u zvijezde mnogo duže nego pod svojim nogama."

Preporučeni: