Jak dane z sondy InSight NASA pomagają napisać na nowo historię Marsa

Sygnały sejsmiczne wskazują Mars Co roku uderza w nią około 300 meteorytów wielkości piłki do koszykówki, co stanowi nowe narzędzie do datowania powierzchni planet.

Naukowcy biorący udział w NASAMisja NASA InSight ujawniła, że ​​Mars doświadcza znacznie większej liczby uderzeń meteorytów, niż wcześniej sądzono, przy średniej rocznej liczbie od 280 do 360 głównych uderzeń. To nowe zrozumienie wynika z danych sejsmicznych zarejestrowanych przez sejsmometr InSight, co sugeruje skuteczniejszą metodę datowania powierzchni planet w całym Układzie Słonecznym.

Nowe badania prowadzone przez naukowców z Imperial College w Londynie Niedawne badania przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Zurychu we współpracy ze Szwajcarskim Federalnym Instytutem Nauk, pracującym w ramach misji NASA InSight, ujawniły, jak często na Marsie występują „marsjańskie wstrząsy” spowodowane uderzeniami meteorytów.

Naukowcy odkryli, że każdego roku na Marsa dochodzi od około 280 do 360 uderzeń meteorytów, tworząc kratery o średnicy ponad ośmiu metrów i wstrząsające powierzchnią Czerwonej Planety.

Częstotliwość tych marsjańskich trzęsień, wykrywana przez „sejsmometr” InSight – instrument zdolny do pomiaru najmniejszych ruchów gruntu – przekracza wcześniejsze szacunki oparte na zdjęciach satelitarnych powierzchni Marsa.

Kratery te powstały w wyniku uderzenia meteorytu w Marsa 5 września 2021 roku i są pierwszymi odkrytymi przez należący do NASA łazik InSight. To uwydatnione, kolorowe zdjęcie, wykonane przez należącą do NASA sondę Mars Reconnaissance Orbiter, uwypukla kurz i glebę zakłócone efektem koloru niebieskiego, dzięki czemu szczegóły są lepiej widoczne dla ludzkiego oka. Źródło: NASA/JPL-Caltech/Uniwersytet Arizony

Dane sejsmiczne i datowanie planet

Naukowcy twierdzą, że te dane sejsmiczne mogą stanowić lepszy, bardziej bezpośredni sposób pomiaru współczynnika uderzeń meteorytów i pomóc naukowcom w dokładniejszym określeniu wieku powierzchni planet w całym Układzie Słonecznym.

Dr Natalia Wojcicka, pracownik naukowy na Wydziale Nauk o Ziemi i Inżynierii w Imperial College w Londynie oraz współautorka badania, powiedziała: „Wykorzystując dane sejsmiczne, aby lepiej zrozumieć, jak często meteoryty zderzają się z Marsem i jak te uderzenia zmieniają jego planetę, powierzchni, możemy zacząć układać harmonogram historii geologicznej i ewolucji planety”.

„Można o tym myśleć jak o rodzaju «kosmicznego zegara», który pomaga nam określić wiek powierzchni Marsa, a być może później także innych planet Układu Słonecznego”.

Badanie opublikowano dzisiaj (28 czerwca) w czasopiśmie Astronomia naturalna.

Kolaż przedstawia trzy uderzenia meteorytów, które najpierw wykrył sejsmometr lądownika InSight NASA, a później uchwycił należący do agencji Mars Reconnaissance Orbiter za pomocą kamery HiRISE. Źródło obrazu: NASA/JPL-Caltech/Uniwersytet Arizony

Kratery archeologiczne jako kosmiczne zegary

Przez wiele lat naukowcy wykorzystywali liczbę kraterów na powierzchni Marsa i innych planet jako „kosmiczne zegary” do szacowania wieku planet — starsze powierzchnie planet były bardziej pokryte kraterami niż młodsze.

Aby obliczyć wiek planet w ten sposób, naukowcy tradycyjnie korzystali z modeli opartych na kraterach na Księżycu, aby przewidzieć tempo uderzeń meteorytów o różnych rozmiarach w czasie. Aby zastosować te modele do Marsa, musieliby dostosować sposób, w jaki atmosfera zapobiega uderzaniu mniejszych impaktorów w powierzchnię, a także dostosować rozmiar i położenie Marsa w Układzie Słonecznym.

W przypadku małych kraterów o średnicy mniejszej niż 60 metrów marsjańscy naukowcy byli również w stanie zaobserwować, jak często powstają nowe kratery na zdjęciach satelitarnych, ale liczba odkrytych w ten sposób kraterów jest znacznie niższa niż oczekiwano.

Artystyczna wizja lądownika InSight działającego na powierzchni Marsa. InSight, skrót od Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transfer, to lądownik zaprojektowany w celu przeprowadzenia pierwszych kompleksowych badań Marsa od czasu jego powstania 4,5 miliarda lat temu. Prawa autorskie: NASA/JPL-Caltech

Wnioski z sejsmometru lądownika InSight

W ramach tych nowych badań, będących częścią misji InSight polegającej na zrozumieniu aktywności sejsmicznej i wewnętrznej struktury Marsa, badacze zidentyfikowali nieznany wcześniej wzór sygnałów sejsmicznych wytwarzanych przez uderzenia meteorytów. Sygnały te charakteryzowały się niezwykle większym udziałem fal o wysokiej częstotliwości w porównaniu z typowymi sygnałami sejsmicznymi, a także innymi cechami i są znane jako marsjańskie trzęsienia ziemi o „bardzo wysokiej częstotliwości”.

Badacze odkryli, że tempo uderzeń meteorytów jest wyższe niż wcześniej szacowano, przyglądając się nowo powstałym kraterom zarejestrowanym na zdjęciach satelitarnych i co jest zgodne z ekstrapolacją danych z kraterów na powierzchni Księżyca.

Uwydatniło to ograniczenia poprzednich modeli i szacunków, a także potrzebę opracowania lepszych modeli, aby zrozumieć powstawanie kraterów i wpływ meteorytów na Marsa.

Siła danych sejsmicznych w planetologii

Aby rozwiązać ten problem, zespół naukowców wykorzystał należącą do NASA sondę InSight i jej bardzo czuły sejsmograf SEIS do rejestracji zdarzeń sejsmicznych, które mogły być spowodowane uderzeniami meteorytów.

Sejsmograf SEIS wykrył wyraźne sygnatury sejsmiczne tych marsjańskich trzęsień ziemi o wysokiej częstotliwości, które według badaczy wskazują na uderzenia meteorytów i różnią się od innej aktywności sejsmicznej.

Korzystając z tej nowej metody wykrywania uderzeń, badacze wykryli znacznie więcej zdarzeń uderzeniowych, niż przewidywano na zdjęciach satelitarnych, szczególnie w przypadku małych uderzeń, w wyniku których powstają kratery o średnicy zaledwie kilku metrów.

Profesor Gareth Collins, jeden ze współautorów badania z Wydziału Nauk o Ziemi i Inżynierii w Imperial College w Londynie, powiedział: „SEIS okazał się niezwykle skuteczny w wykrywaniu uderzeń – i wydaje się, że słuchanie uderzeń jest skuteczniejsze niż ich szukanie jeśli chcemy zrozumieć, jak często one występują.

Popraw naszą wiedzę o Układzie Słonecznym

Naukowcy uważają, że rozmieszczenie mniejszych i tańszych sejsmometrów na przyszłych lądownikach mogłoby jeszcze bardziej pogłębić naszą wiedzę na temat wskaźników uderzenia i struktury wewnętrznej Marsa. Narzędzia te pomogłyby naukowcom wykryć więcej sygnałów sejsmicznych, zapewniając bardziej kompleksowy zestaw danych pozwalający zrozumieć wpływ meteorytów na Marsa i inne planety, a także ich wewnętrzną strukturę.

Dr Wojcicka powiedziała: „Aby zrozumieć wewnętrzną strukturę planet, posługujemy się sejsmologią. Dzieje się tak dlatego, że kiedy fale sejsmiczne przemieszczają się przez materię w skorupie, płaszczu i jądrze planety lub odbijają się od niej, zmieniają się. Badając te zmiany, sejsmolodzy mogą określić, z jakiego materiału zbudowane są te warstwy i jak głębokie są.

„Na Ziemi najłatwiej jest zrozumieć wewnętrzną strukturę naszej planety, patrząc na dane z sejsmometrów rozsianych po całym świecie. Jednak na Marsie był tylko jeden instrument – ​​SEIS, którego potrzebowaliśmy Więcej sejsmometrów rozmieszczonych na całej planecie.

Oprócz nowych badań opublikowanych w Astronomia naturalnaZespół bierze także udział w innym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Postęp nauki Today, która wykorzystała obrazy i sygnały atmosferyczne zarejestrowane przez InSight do oszacowania częstotliwości występowania uderzeń na Marsie. Pomimo zastosowania różnych metod w obu badaniach doszło do podobnych wniosków, co potwierdza ogólne ustalenia.

Odniesienie: „Oszacowanie współczynnika wpływu na Marsa na podstawie statystyk marsjańskich trzęsień ziemi o bardzo dużej częstotliwości” 28 czerwca 2024 r., Astronomia naturalna.
doi: 10.1038/s41550-024-02301-z