Naukowcy wiedzą już, z czego składa się jądro Marsa. Fale sejsmiczne pozwoliły odkryć tajemnicę planety

W tym artykule:

1. Jak odkryto jądro Marsa
2. Przedłużona misja InSight
3. Budowa jądra Marsa
4. Czy jądro Marsa jest podobne do jądra Ziemi?
5. Komentarze naukowców

Misja lądownika marsjańskiego InSight została zakończona, ale zebrane przez urządzenie dane są wciąż analizowane. W czasopiśmie naukowym „Proceedings of the National Academy of Sciences” ukazał się właśnie artykuł bazujący na nich. Jego autorzy, analizując dane sejsmiczne z lądownika, określili właściwości jądra Marsa. Okazuje się, że Czerwona Planeta ma całkowicie płynne jądro z żelaza z wysokim udziałem siarki i tlenu. Nowe dane pozwalają lepiej zrozumieć powstanie Marsa oraz określić różnice geologiczne między nim a Ziemią.

Jak odkryto jądro Marsa

Artykuł opisuje pierwsze w historii detekcje fal sprężystych podróżujących przez jądro Marsa. Pomiary tej energii akustycznej, zwanej falami sejsmicznymi, wskazują, że ciekłe jądro Czerwonej Planety jest nieco gęstsze i mniejsze niż wcześniej sądzono. Zawiera mieszaninę żelaza i wielu innych pierwiastków.

– W 1906 roku naukowcy po raz pierwszy odkryli jądro Ziemi. Dokonali tego obserwując, w jaki sposób fale sejsmiczne zmieniały się w czasie podróży przez wnętrze planety – powiedział profesor geologii UMD Vedran Lekic, jeden z autorów artykułu. – Ponad sto lat później w analogiczny sposób wykorzystujemy naszą wiedzę o falach sejsmicznych na Marsie. Dzięki InSight w końcu odkrywamy to, co znajduje się w centrum Marsa. I co sprawia, że Mars jest tak podobny, a jednocześnie różni się od Ziemi.

Woda na Marsie – co się z nią stało? NASA: może być „uwięziona” w minerałach

Gdzie zniknęły oceany pokrywające niegdyś powierzchnię Czerwonej Planety? Rozwiązanie zagadki proponuje nowa teoria dotycząca geologii Marsa.

– Już sto lat temu sejsmografy potrafiły zapisać fale sejsmiczne dochodzące od trzęsień ziemi odległych o tysiące kilometrów. Zauważono wówczas, że w odległości od 11500 do 15900 km nie obserwowano niektórych fal. Tę strefę nazwano strefą cienia. Przyczyną jej jest obecność stopionego jądra Ziemi. To właśnie ono ugina docierające do niej fale. Robi to tak, jak pryzmat ugina światło – wyjaśnia profesor Leszek Czechowski z Zespołu Eksploracji Marsa Centrum Badań Kosmicznych PAN.

– Powyżej jądra głównym składnikiem są skały krzemianowe, poniżej – stopione żelazo z dodatkiem lżejszych pierwiastków. Granicę pomiędzy tymi warstwami nazywamy na ogół nieciągłością Gutenberga – dodaje prof. Czechowski.

Przedłużona misja InSight

Najnowsze odkrycia są tym bardziej niezwykłe, że są skutkiem relatywnie taniej i krótkotrwałej misji marsjańskiej. InSight miał pracować na Marsie nieco ponad jeden rok marsjański, co daje dwa lata ziemskie. Pomimo panujących na Czerwonej Planecie ekstremalnych warunków pogodowych, burz piaskowych powodujących gromadzenie się pyłu i zmniejszających moc lądownika InSight, NASA przedłużyła misję. Dzięki temu urządzenie zbierało dane geofizyczne, w tym sygnały trzęsień Marsa, do końca 2022 roku. Czyli przez 4 ziemskie lata.

– Dodatkowy czas misji z pewnością się opłacił. Dokonaliśmy pierwszych obserwacji fal sejsmicznych przemieszczających się przez jądro Marsa. Dwa sygnały sejsmiczne, jeden z bardzo odległego trzęsienia Marsa i jeden z uderzenia meteorytu po drugiej stronie planety, pozwoliły nam zbadać jądro Marsa za pomocą fal sejsmicznych. Skutecznie nasłuchiwaliśmy energii podróżującej przez serce innej planety – powiedziała dr Jessica Irving, wykładowczyni na kierunku Nauk o Ziemi Uniwersytetu w Bristolu oraz główna autorka wspomnianego artykułu.

Budowa jądra Marsa

– Te pierwsze pomiary właściwości sprężystych jądra Marsa pomogły nam zbadać jego skład. Dzisiaj wiemy, że nie jest ono jednorodną, żelazną kulą. Zawiera również dużą ilość siarki, a także inne pierwiastki, w tym niewielką ilość wodoru – dodaje dr Irving.

Zespół śledził fale wywołane dwoma różnymi zdarzeniami – trzęsieniem Marsa i uderzeniem meteorytu. Następnie porównano czas potrzebny tym falom na podróż przez Marsa z falami, które pozostały w płaszczu. Informacje te połączono z innymi pomiarami sejsmicznymi i geofizycznymi. Dzięki temu zespół oszacował gęstość i ściśliwość materiału, przez który przemieszczały się fale.

Wyniki badań wskazują, że Mars najprawdopodobniej ma całkowicie płynne jądro. Czyli inaczej niż w przypadku ziemskiej kombinacji płynnego jądra zewnętrznego i stałego jądra wewnętrznego.

Czy jądro Marsa jest podobne do jądra Ziemi?

– Aby móc analizować jądro Marsa poprzez fale sejsmiczne, potrzebne było źródła tych fali znajdujące się po przeciwnych stronach planety. Dzięki analizom wiemy, że jądro Marsa jest w stanie ciekłym. W Ziemi część jądra, tzw. jądro zewnętrzne, jest ciekłe, lecz jego wewnętrzna część jest w stanie stałym (tzw. jądro wewnętrzne). Na razie nie stwierdzono stałego jądra wewnątrz Marsa. Jeśli jest, to ma promień poniżej 750 km – wyjaśnia prof. Czechowski.

– Jądro Marsa zawiera też lżejsze pierwiastki, prawdopodobnie siarkę, tlen, węgiel i wodór. Co razem może stanowić ok. 20 proc. masy jądra – dodaje uczony. Jego zdaniem uzyskane wyniki są ważne dla określenia ewolucji Marsa. Umożliwią także określenie cech pola magnetycznego, jakie niegdyś otaczało planetę.

– Obecne pole magnetyczna Marsa jest wynikiem obecności namagnesowanych skał. W przeszłości Mars miał prawdopodobnie silniejsze pole generowane wewnątrz jądra – podsumowuje prof. Czechowski.

Komentarze naukowców

– Wykrywanie i zrozumienie fal, które przemieszczają się przez samo jądro innej planety, jest niezwykle trudne. Odzwierciedla to dziesięciolecia wysiłków setek naukowców i inżynierów z wielu krajów. Musieliśmy nie tylko wykorzystać zaawansowane techniki analizy sejsmicznej, ale także wykorzystać wiedzę o tym, jak wysokie ciśnienia i temperatury wpływają na właściwości stopów metali, wykorzystując wiedzę zespołu InSight – powiedział współautor badań Ved Lekic.

– Najnowsze analizy dowodzące, że wewnątrz Marsa wciąż zachodzą procesy geologiczne, a jądro planety nie tylko nie wygasło, ale jest płynne, to ogromny sukces misji InSight. Dowiedzieliśmy się też, że jego struktura jest jednorodna i nie składa się, jak w przypadku ziemskiego jądra, z dwóch warstw. To może tłumaczyć brak pola magnetycznego lub szybkie jego zniknięcie – komentuje dr Natalia Zalewska, geolożka z Zespołu Eksploracji Marsa CBK PAN.

Atmosfera Marsa. Jaki ma skład i dlaczego Mars niemal całkowicie ją utracił?

Mars był niegdyś wodnym światem. Planetą, której skorupę przecinały koryta rzek, pokrywały morza. Widać to wciąż po ukształtowaniu terenu. Jak doszło do tego, że planeta niegdyś podo...

– W ziemskim jądrze wyróżniamy jądro płynne zewnętrzne i jądro stałe wewnętrzne. Oba są żelazowo-niklowe i odpowiadają poniekąd za efekt dynama generującego ziemskie pole magnetyczne. Marsjańskie jądro oprócz żelaza zawiera lżejsze pierwiastki, m.in. siarkę oraz tlen i wodór. Te pierwiastki trafiły na Marsa na początku tworzenia się Układu Słonecznego. Inaczej było na Ziemi, która otrzymała więcej pierwiastków cięższych – wyjaśnia ekspertka.

– Na Marsie powszechnym pierwiastkiem jest siarka. Występuje tam w postaci siarczanów i siarczków, które wydobywały się z wnętrza Marsa w czasie globalnego wulkanizmu, a następnie krystalizowały i osadzały się w zbiornikach wodnych. Te minerały świadczą o dość kwaśnym środowisku w przeszłości Marsa, które mogłoby być przyjazne dla mikroskopijnych form życia – dodaje dr Zalewska.

Źródła: University of Maryland, Proceedings of the National Academy of Sciences.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.