Загадочная тепловая аномалия: почему Марс оказался двуликим
Марс — планета загадок. Это высохший, замороженный мир, который когда-то, миллиарды лет назад, был гораздо теплее и влажнее. Куда ушла его вода? Как долго он мог быть обитаем? И была ли там жизнь?
Но самая очевидная загадка Марса видна даже с орбиты. Его северное полушарие — гладкая, низменная равнина. Южное — приподнятое, изрезанное кратерами нагорье. Разница в высоте достигает нескольких километров, а кора отличается по толщине примерно на 25 километров [2]. Учёные называют это явление марсианской коровой дихотомией.
«Ближайшая аналогия на Земле — разница между континентами и океанским дном, если бы океанов не было», — говорит Александр Берн, планетолог из Университета Аризоны [2].
Десятилетиями исследователи спорили о происхождении этой дихотомии. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает: двуличие Марса простирается гораздо глубже, вплоть до его ядра [1]. Под южным полушарием скрывается гигантская тепловая аномалия [6].
Как учёные заглянули в недра Марса
Почти всё, что мы знаем о глубинах Марса, мы узнали благодаря сейсмическим волнам, зарегистрированным посадочным модулем NASA InSight. Однако он работал только в одном месте — в северных низменностях. Одна станция не может рассказать о различиях между севером и югом. Поэтому большинство моделей предполагали, что планета устроена равномерно: везде одинаковые породы и одинаковые температуры.
Команда Александра Берна обошла это ограничение. Вместо сейсмических волн они использовали крошечные отклонения в орбите Марса. Орбита планеты вытянута, ось наклонена, поэтому притяжение Солнца меняется в течение 687-дневного марсианского года. Это создаёт приливную силу, которая меняет форму планеты.
«Это создаёт приливную силу, и приливная сила меняет форму Марса в течение года», — объясняет Берн [3]. Эти крошечные изменения перестраивают гравитационное поле планеты настолько, что это влияет на движение орбитальных аппаратов.
Команда переработала 16 лет данных радиослежения с трёх марсианских орбитальных аппаратов — Mars Global Surveyor, Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter. Они применили технику, которая называется приливной томографией. Этот метод уже использовался для изучения Земли и Луны, но для Марса его применили впервые.
«Если у Марса необычная структура мантии, этот сигнал будет отличаться от того, который был бы у симметричной планеты», — говорит Берн [4].
Неожиданный результат
Отклонения от симметричной модели оказались огромными — до 300 процентов [4]. На основе этих данных учёные рассчитали, что жёсткость мантии Марса должна различаться между полушариями более чем на 20 процентов. Северная мантия — жёсткая, южная — более мягкая. А более мягкая порода обычно означает более высокую температуру. Разница составила от 200 до 400 градусов Цельсия [3]. Южная мантия горячее северной и частично расплавлена.
«Удивительно, но граница этого различия почти точно совпадает с поверхностной границей марсианской дихотомии — резким переходом между низменными равнинами севера и приподнятыми нагорьями юга», — отмечается в исследовании [1].
Что это значит для Марса
Открытие тепловой аномалии меняет представления о геологической эволюции Марса. Оно показывает, что планета не просто «застывший» мир. Её недра до сих пор хранят следы активных процессов. Тепловая аномалия может объяснять несколько загадок одновременно.
Во-первых, она согласуется с данными миссии InSight, согласно которым сейсмические волны на юге распространяются быстрее, что характерно для нагретых областей. Во-вторых, она объясняет магнитные аномалии, обнаруженные в южных породах: тепло могло поддерживать древнее магнитное поле [5].
«Дихотомия, которую мы видим между севером и югом, важна для понимания процессов, которые могли влиять на гидрологию Марса, включая формирование бассейнов, которые могли содержать воду», — говорит Амирхоссейн Багери, соавтор исследования из Калифорнийского технологического института [3].
Что стало причиной аномалии
Пока это остаётся загадкой. Выдвинуто несколько гипотез. Возможно, в далёком прошлом в северное полушарие врезался гигантский астероид, который выбросил тепло и «выстудил» эту область. Или внутри южной мантии до сих пор бушуют конвекционные потоки, поднимающие горячее вещество из глубин. Есть и идея, что толстая южная кора работает как одеяло, не давая теплу уходить наружу на протяжении миллиардов лет [1]. Эти сценарии не исключают друг друга. Тепловая аномалия, возникшая исключительно от древнего удара, рассеялась бы достаточно быстро. Значит, какой-то процесс — будь то теплоизоляция или конвекция — продолжает действовать в недрах Марса и сегодня [1].
Взгляд в будущее
Сам Берн признаёт, что разработанный им метод может оказаться даже важнее, чем само открытие. Приливная томография работает полностью с орбиты. Она позволяет получать данные о внутреннем строении миров, куда в ближайшее время не долетит ни один посадочный аппарат — например, о Меркурии, спутнике Сатурна Энцеладе или даже о Плутоне.
«Мы всегда жалуемся на огромные бюджеты космических агентств, — говорит Берн. — Это способ сделать всё гораздо дешевле и получить 80 процентов желаемого результата» [2].
Список источников:
- Nature. Tidal tomography reveals a thermal anomaly beneath Mars’s crustal dichotomy
- Scientific American. Mars may be two-faced to its core
- Caltech. Thermal Anomaly Discovered Below Mars’s South Pole
- Universe Magazine. Thermal anomaly detected near the south pole of Mars
- iXBT Live. Внутри Марса нашли гигантскую тепловую аномалию
- AB-News. Под поверхностью Марса нашли большой тепловой контраст между югом и севером
