InSight Mission: Αποκάλυψε τον Άρη

Η εντύπωση του καλλιτέχνη για την εσωτερική δομή του Άρη. Πίστωση: © IPGP / David Ducros

Χρησιμοποιώντας πληροφορίες που ελήφθησαν από περίπου δώδεκα σεισμούς που εντοπίστηκαν στον Άρη από το σεισμόμετρο SEIS Very Wide Range, που αναπτύχθηκε στη Γαλλία, η διεθνής ομάδα της αποστολής InSight της NASA αποκάλυψε την εσωτερική δομή του Άρη. Οι τρεις δημοσιεύσεις δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό στις 23 Ιουλίου 2021 Επιστήμη, με τη συμμετοχή πολλών συν-συγγραφέων από γαλλικά ιδρύματα και εργαστήρια, όπως το CNRS, το Institut de Physique du Globe de Paris και το Université de Paris, και με την υποστήριξη του γαλλικού διαστημικού γραφείου CNES και του γαλλικού εθνικού ερευνητικού οργανισμού ANR, για πρώτη φορά, μια εκτίμηση του μεγέθους και του πάχους του πυρήνα του πλανήτη Η δομή του φλοιού και του μανδύα του, βασίζεται σε ανάλυση ανακλαστικών και διαμορφωμένων σεισμικών κυμάτων από διεπαφές στο εσωτερικό του. Αυτό το καθιστά την πρώτη σεισμική εξερεύνηση της εσωτερικής δομής ενός επίγειου πλανήτη εκτός της Γης, και ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του σχηματισμού και της θερμικής εξέλιξης του Άρη.


Πριν από την αποστολή InSight της NASA, η εσωτερική δομή του Άρη δεν ήταν ακόμη κατανοητή. Τα μοντέλα βασίστηκαν αποκλειστικά σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη και σε ανάλυση μετεωριτών του Άρη που έπεσαν στη Γη. Με βάση μόνο τη βαρύτητα και τα τοπογραφικά δεδομένα, ο φλοιός εκτιμάται ότι έχει πάχος μεταξύ 30 και 100 km. Οι τιμές της ροπής αδράνειας και πυκνότητας του πλανήτη δείχνουν έναν πυρήνα με ακτίνα 1400 έως 2000 km. Ωστόσο, η λεπτομερής εσωτερική δομή του Άρη και το βάθος του ορίου μεταξύ του φλοιού, του μανδύα και του πυρήνα δεν ήταν πλήρως γνωστά.

Με την επιτυχή ανάπτυξη του πειράματος SEIS στον Άρη στις αρχές του 2019, επιστήμονες αποστολής, συμπεριλαμβανομένων των 18 Γάλλων συν-συγγραφέων από ένα ευρύ φάσμα γαλλικών ιδρυμάτων και εργαστηρίων, μαζί με συναδέλφους από το ETH στη Ζυρίχη, το Πανεπιστήμιο της Κολωνίας και το Jet Propulsion Εργαστήριο στο Pasadena, συλλέχθηκε και αναλύθηκε σεισμικά δεδομένα Περισσότερα από ένα Αριακά χρόνια (σχεδόν δύο χρόνια στη Γη).

Πρέπει να σημειωθεί ότι για τον ορισμό ενός δομικού μοντέλου ταυτόχρονα, απαιτούνται περισσότεροι από ένας σταθμοί, συνήθως ο χρόνος (άφιξη) του σεισμού και οι συνέπειές του. Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν μόνο έναν σταθμό στην επιφάνεια του Άρη και αυτός είναι ο InSight. Ως εκ τούτου, ήταν απαραίτητο να αναζητηθούν στα σεισμικά αρχεία για τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των κυμάτων που αλληλεπίδρασαν με διαφορετικούς τρόπους με τις εσωτερικές δομές του Άρη, για να τα αναγνωρίσουν και να τα επικυρώσουν. Αυτές οι νέες μετρήσεις, μαζί με την ορυκτολογία και τη θερμική μοντελοποίηση της εσωτερικής δομής του πλανήτη, κατέστησαν δυνατή την υπέρβαση των περιορισμών της ύπαρξης ενός μόνο σταθμού. Αυτή η μέθοδος προαναγγέλλει μια νέα εποχή πλανητικής σεισμολογίας.

Μία στάση, πολλαπλά αποτελέσματα

Μια άλλη δυσκολία στον Άρη είναι η χαμηλή σεισμικότητά του και ο σεισμικός θόρυβος που δημιουργείται από την ατμόσφαιρά του. Στη Γη, οι σεισμοί είναι πολύ ισχυρότεροι, ενώ τα σεισμόμετρα βρίσκονται πιο αποτελεσματικά σε υπόγεια ή υπόγεια, γεγονός που καθιστά δυνατή τη λήψη μιας ακριβούς εικόνας του εσωτερικού του πλανήτη. Ως αποτέλεσμα, έπρεπε να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στα δεδομένα. «Αν και οι σεισμοί του Άρη έχουν σχετικά χαμηλή ισχύ, λιγότερο από 3,5, η πολύ υψηλή ευαισθησία του αισθητήρα VBB σε συνδυασμό με τον πολύ χαμηλό θόρυβο το βράδυ μας επέτρεψε να κάνουμε ανακαλύψεις που, πριν από δύο χρόνια, πιστεύαμε ότι ήταν δυνατοί μόνο με σεισμούς μεγαλύτερο μέγεθος 4 ”, εξηγεί ο Philippe Lugnoni, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Παρισιού και κύριος ερευνητής του οργάνου SEIS στο IPGP.

Κάθε μέρα, τα δεδομένα, τα οποία υποβάλλονται σε επεξεργασία από CNES, IPGP και CNRS, και μεταδίδονται στους επιστήμονες, καθαρίζονται προσεκτικά από θόρυβο περιβάλλοντος (άνεμος και παραμόρφωση που σχετίζεται με ταχείες αλλαγές θερμοκρασίας). Η ομάδα Mars International Seismic Service (MQS) κατέγραψε σεισμικά γεγονότα σε καθημερινή βάση: περισσότερα από 600 από αυτά έχουν καταχωριστεί τώρα, περισσότερα από τα 60 από τα οποία προκλήθηκαν από σχετικά μακρινούς σεισμούς.

Περίπου δώδεκα από τις τελευταίες περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τη βαθιά δομή του πλανήτη: «Τα άμεσα σεισμικά κύματα που δημιουργούνται από έναν σεισμό μοιάζουν κάπως με τους ήχους των φωνών μας στα βουνά: αντηχούν. Αυτοί οι ηχώ αντανακλούσαν από τον πυρήνα, στο διασύνδεση του φλοιού της Γης ή ακόμα και στην επιφάνεια του Άρη, την οποία αναζητήσαμε σε σήματα, χάρη στην ομοιότητά τους με τα άμεσα κύματα », εξηγεί ο Lugnona.

Μεταβλητή κρούστα, εκτεθειμένο καπάκι, μεγάλο υγρό πολτό

Συγκρίνοντας τη συμπεριφορά των σεισμικών κυμάτων καθώς ταξιδεύουν μέσω του φλοιού πριν φτάσουν στο σταθμό InSight, έχουν εντοπιστεί αρκετές ασυνέχειες στο φλοιό: η πρώτη, που παρατηρείται σε βάθος περίπου 10 km, δείχνει το όριο μεταξύ μιας πολύ μεταβλητής δομής, που προκαλείται από κυκλοφορία υγρών εδώ και πολύ καιρό. Πολύ, και ο φλοιός που άλλαξε λίγο. Μια δεύτερη ασυνέχεια περίπου 20 χιλιόμετρα κάτω και ένα τρίτο λιγότερο ορατή στα περίπου 35 χιλιόμετρα, ρίχνει φως στη διαστρωμάτωση του φλοιού κάτω από το Insight: «Για να εντοπίσουμε αυτές τις ασυνέχειες, χρησιμοποιήσαμε όλες τις σύγχρονες αναλυτικές μεθόδους, και με τους δύο σεισμούς τεκτονικής προέλευσης με το περιβάλλον – προκαλούμενες δονήσεις (θόρυβος). σεισμικότητα) », λέει ο Benoit Touzin, ανώτερος λέκτορας στο Πανεπιστήμιο της Λυών και ερευνητής στο LGL-TPE.

Στον μανδύα, οι επιστήμονες ανέλυσαν τις διαφορές μεταξύ του λανθάνοντος χρόνου των κυμάτων που δημιουργούνται άμεσα κατά τη διάρκεια ενός σεισμού και εκείνων των κυμάτων που δημιουργούνται όταν αυτά τα άμεσα κύματα ανακλώνονται από την επιφάνεια. Αυτές οι διαφορές κατέστησαν δυνατή, χρησιμοποιώντας μόνο έναν σταθμό, τον προσδιορισμό της ανώτερης δομής μανδύα, και ιδίως τη διακύμανση των σεισμικών ταχυτήτων με βάθος. Ωστόσο, αυτές οι διαφορές στην ταχύτητα σχετίζονται με τη θερμοκρασία. “Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε να εκτιμήσουμε τη ροή θερμότητας του Άρη, η οποία είναι πιθανώς τρεις έως πέντε φορές μικρότερη από αυτήν της Γης, και να θέσουμε περιορισμούς στο σχηματισμό του φλοιού του Άρη, που θεωρείται ότι περιέχει περισσότερο από το ήμισυ των ραδιενεργών που παράγουν θερμότητα στοιχεία που βρέθηκαν στον πλανήτη “, προσθέτει ο Henry Samuel, ερευνητής CNRS στο IPGP.

Τέλος, στην τρίτη μελέτη, οι επιστήμονες αναζήτησαν κύματα που αντανακλούν την επιφάνεια του πυρήνα του Άρη, η ακτίνα του οποίου ήταν ένα από τα κύρια επιτεύγματα της αποστολής InSight. “Για να το κάνουμε αυτό, δοκιμάσαμε αρκετές χιλιάδες μοντέλα μανδύων και πυρήνων σε σχέση με τις παρατηρούμενες φάσεις και σήματα”, εξηγεί η Mélanie Drilleau, ερευνητής μηχανικός στο ISAE-SUPAERO. Παρά τα χαμηλά πλάτη των σημάτων που σχετίζονται με τα ανακλώμενα κύματα (γνωστά ως κύματα ScS), παρατηρήθηκε περίσσεια ενέργειας σε πυρήνες με ακτίνες μεταξύ 1.790 km και 1.870 km. Αυτό το μεγάλο μέγεθος υποδηλώνει την παρουσία φωτονικών στοιχείων στον υγρό πυρήνα και έχει σοβαρές συνέπειες για τα ορυκτά μανδύα στη διεπαφή μανδύα / πυρήνα.

Επιτεύχθηκαν στόχοι, εμφανίζονται νέες ερωτήσεις

Πάνω από δύο χρόνια σεισμικών παρατηρήσεων οδήγησαν στο πρώτο μοντέλο εσωτερικού χώρου δομή Από τον Άρη, μέχρι την καρδιά. Έτσι ο Άρης ενώνει τη Γη και τη Σελήνη σε μια επιλογή επίγειων πλανητών και φεγγαριών των οποίων οι βαθιές δομές έχουν ανακαλυφθεί από σεισμολόγους. Και, όπως συμβαίνει συχνά στην πλανητική εξερεύνηση, προκύπτουν νέα ερωτήματα: είναι η αλλαγή των κορυφαίων 10 χιλιομέτρων του φλοιού γενικού ή περιορίζεται στη ζώνη προσγείωσης του Insight; Ποια ήταν η επίδραση αυτών των πρώτων μοντέλων στις θεωρίες του σχηματισμού και της θερμικής εξέλιξης του Άρη, ιδιαίτερα στα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια όταν ο Άρης είχε υγρό νερό στην επιφάνεια του και έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα;

Με μια διετή παράταση της αποστολής του InSight και πρόσθετη ηλεκτρική ενέργεια που αποκτήθηκε μετά τον επιτυχή καθαρισμό των ηλιακών συλλεκτών της από την JPL, τα νέα δεδομένα θα πρέπει να ενσωματώσουν και να βελτιώσουν αυτά τα μοντέλα.


Οι επιστήμονες καθορίζουν το πάχος του φλοιού του Άρη


περισσότερες πληροφορίες:
B. Knapmeyer-Endrun του Πανεπιστημίου της Κολωνίας στο Bergisch Gladbach, Γερμανία, «Πάχος και δομή του φλοιού του Άρη από τα σεισμικά δεδομένα InSight», Επιστήμη (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abf8966

SC Stähler el al. “Σεισμική ανίχνευση του πυρήνα του Άρη” Επιστήμη (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abi7730

A. Khan el al. Δομή του άνω μανδύα του Άρη από σεισμικά δεδομένα InSight. Επιστήμη (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abf2966

S. Cottaar el κ.ά. “Το εσωτερικό του Άρη αποκαλύφθηκε” Επιστήμη (2021). science.sciencemag.org/cgi/doi… 1126 / science.abj8914

το απόσπασμα: Αποστολή InSight: Ο Άρης αποκάλυψε (2021, 22 Ιουλίου) Ανακτήθηκε στις 22 Ιουλίου 2021 από https://phys.org/news/2021-07-insight-mission-mars-unveiled.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Ο Ερμής βρίσκεται σε ένα μοναδικό σημείο στην τροχιά του - εδώ μπορείτε να το δείτε

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *