Z czego zbudowane jest jądro Marsa? Nowe odkrycia dzięki misji InSight

Zespół naukowców wykorzystał dane sejsmiczne pozyskane podczas zakończonej już misji InSight do bezpośredniego pomiaru właściwości jądra Marsa. Analizy wykazały, że Czerwona Planeta ma płynne jądro składające się głównie z żelaza z dość sporym udziałem siarki oraz tlenu. Badania te mogą pomóc naukowcom lepiej zrozumieć historię Marsa oraz to, dlaczego tak bardzo różni się on od Ziemi.

Dane sejsmiczne zebrane przez lądownik InSight, który przez cztery lata monitorował wnętrzności Marsa, pozwoliły na dokładne scharakteryzowanie jądra planety. Analizy wykazały, że jądro Czerwonej Planety jest mniej więcej wielkości naszego Księżyca i prawie dwa razy gęstsze. Jest też płynne i składa się przede wszystkim z żelaza z udziałem siarki oraz tlenu.

Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Badaniem jądra Ziemi zajmujemy się już od ponad wieku. Zresztą nie przedstawia to już obecnie większej trudności. Wystarczy umieścić sejsmografy w odpowiednim miejscu i poczekać na trzęsienie ziemi. A kiedy takie się wydarza, naukowcy badają je najbliżej znajdującym się sejsmografem, a następnie robią to samo analogicznym urządzeniem znajdującym się dokładnie po drugiej stronie planety, aby zaobserwować zmiany, jakie zaszły w rozchodzących się falach sejsmicznych po przejściu przez jądro.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Jak zatem nietrudno się domyślić największy problem ze zbadaniem jądra jakiejkolwiek innej planety związany byłby z koniecznością umieszczenia na niej odpowiedniego sprzętu. Ale to akurat w stosunku do Marsa się udało, przy okazji misji InSight, która dobiegła końca w grudniu ubiegłego roku (więcej na ten temat w tekście: Ostatnie zdjęcie z misji InSight. Lądownik przestał odpowiadać).

Problem jednak polegał na tym, że naukowcy dysponowali, co prawda wyjątkowo czułym, ale tylko jednym sejsmografem na cała planetę. Jak zatem możliwe byłoby skorzystanie ze wspomnianej wcześniej taktyki badania jądra na Ziemi? Pomocny okazał się zaś tutaj pewien szczęśliwy przypadek.

Przede wszystkim Mars jest o tyle trudnym obiektem do zbadania, że aktywność sejsmiczna na tej planecie jest znacząco mniejsza, niż ma to miejsce na Ziemi. Najlepiej uwidacznia to fakt, że w ciągu pierwszego roku (marsjańskiego) trwania misji ultraprecyzyjny sejsmometr SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) nie wychwycił absolutnie żadnego sygnału.

Jednakże przypadek sprawił, że naukowcy dysponując tylko jednym sejsmografem mieli okazję zbadać efekty nie jednego, a dwóch sygnałów sejsmicznych. Pierwszy pochodził z trzęsienia powierzchni Marsa, które miało miejsce w dość dużej odległości od sejsmografu, w 976 dniu trwania misji. Natomiast drugi został wywołany przez upadek meteorytu, który miał miejsce w innym odległym miejscu planety 24 dni później.

Zespół uczonych prześledził przebieg tych dwóch zdarzeń sejsmicznych i wykrył fale, które przemieszczały się przez jądro planety. Porównując czas potrzebny falom na przebycie Marsa z falami pozostającymi w płaszczu oraz łącząc te informacje z innymi pomiarami sejsmicznymi i geofizycznymi, naukowcy oszacowali gęstość materiału, przez który przeszły fale, a także inne jego właściwości.

Czego się dowiedzieliśmy? Otóż przede wszystkim okazało się, że jądro Marsa jest zarówno nieco mniejsze, jak i nieco gęstsze, niż pierwotnie sądzono. Jego promień szacuje się na od 1 780 do 1 810 kilometrów. Wyniki analiz wskazują, że Czerwona Planeta najprawdopodobniej ma całkowicie płynne jądro, w przeciwieństwie do ziemskiej kombinacji ciekłego jądra zewnętrznego i stałego jądra wewnętrznego.

Ponadto badacze wywnioskowali szczegóły dotyczące składu chemicznego jądra. Według nich, w jego składzie jest zaskakująco duża ilość lekkich pierwiastków (pierwiastków o niskiej liczbie atomowej) – mianowicie siarki i tlenu – obecnych w najbardziej wewnętrznej warstwie jądra Marsa. Odkrycia sugerują, że nawet jedna piąta masy jądra składa się z tych pierwiastków. To znacznie różni się od Ziemi, gdzie jądro ma mniejszy udział lekkich pierwiastków, co wskazuje, że jądro Marsa jest mniej gęste i bardziej ściśliwe niż jądro Ziemi. To z kolei sugeruje różne warunki formowania się obu planet.

- Właściwości jądra planety mogą służyć jako podsumowanie tego, jak planeta się uformowała i jak dynamicznie ewoluowała w czasie. Końcowym rezultatem procesów powstawania i ewolucji może być generowanie lub brak warunków podtrzymujących życie – wyjaśnił profesor Nicholas Schmerr z University of Maryland, współautor publikacji. - Wyjątkowość jądra Ziemi pozwala mu generować pole magnetyczne, które chroni nas przed wiatrami słonecznymi. Jądro Marsa nie generuje tej tarczy ochronnej, a więc warunki na powierzchni planety są nieprzyjazne dla życia – dodał.

Chociaż Mars obecnie nie ma pola magnetycznego, naukowcy sądzę, że w zamierzchłej przeszłości miał. Świadczą o tym ślady magnetyzmu pozostające w skorupie Marsa. Może to oznaczać, że Mars stopniowo ewoluował do swoich obecnych warunków, zmieniając się z planety o potencjale nadającym się do zamieszkania w nieprzyjazne środowisko. Zdaniem naukowców warunki we wnętrzu odgrywają kluczową rolę w tej ewolucji.

Źródło: University of Maryland, fot. NASA