Новое исследование показывает, что мантия Марса сохранила следы хаотичных столкновений с колоссальными объектами

Внутренняя поверхность Марса не такая гладкая и однородная, как на привычных иллюстрациях в учебниках. Вместо этого, как показывают новые исследования, она неоднородна.

Мы часто представляем себе каменистые планеты, такие как Земля и Марс, с гладкой слоистой внутренней структурой: кора, мантия и ядро расположены друг над другом. Но на самом деле Марс устроен не так аккуратно.

Сейсмические колебания, зафиксированные миссией NASA InSight, выявили едва заметные аномалии, которые позволили учёным из Имперского колледжа Лондона и других учреждений обнаружить более запутанную картину: мантия Марса содержит древние фрагменты шириной до 4 км, сохранившиеся с момента формирования планеты и напоминающие геологические окаменелости, свидетельствующие о бурной ранней истории планеты.

История гигантских столкновений

Марс и другие каменистые планеты сформировались около 4,5 миллиардов лет назад, когда пыль и камни, вращавшиеся вокруг молодого Солнца, постепенно слипались под действием гравитации.

Когда Марс в основном сформировался, на него обрушились гигантские объекты размером с планету, что привело к серии почти катастрофических столкновений. Вероятно, в результате таких столкновений сформировался и спутник Земли.

«Эти колоссальные столкновения высвободили достаточно энергии, чтобы расплавить значительную часть молодой планеты и превратить её в обширные океаны магмы», — сказал ведущий исследователь доктор Константинос Хараламбус с факультета электротехники и электроники Имперского колледжа Лондона.

«По мере того как эти океаны магмы остывали и кристаллизовались, они оставляли после себя фрагменты с разным составом — и мы считаем, что именно их мы сейчас обнаруживаем глубоко внутри Марса».

Эти ранние столкновения и их последствия привели к тому, что фрагменты ранней коры и мантии планеты, а возможно, и обломки самих столкнувшихся объектов, оказались перемешаны и попали в расплавленную внутреннюю часть планеты. По мере того как Марс медленно остывал, эти химически разнообразные обломки оказались в ловушке медленно перемешивающейся мантии и перемешивание было слишком слабым, чтобы полностью сгладить неровности.

В отличие от Земли, где тектоника плит постоянно обновляет земную кору и мантию, Марс рано оказался запечатан под неподвижной внешней корой, и его недра сохранились как геологическая капсула времени.

"Большая часть этого хаоса, вероятно, развернулась в первые 100 миллионов лет существования Марса", - говорит доктор Хараламбус. "Тот факт, что мы все еще можем обнаружить его следы спустя четыре с половиной миллиарда лет, показывает, насколько вяло менялись недра Марса с тех пор".

Вслушиваясь в Марс

Доказательства получены на основе сейсмических данных, записанных посадочным модулем NASA InSight, в частности, восьми особенно явных марсотрясений, в том числе двух, вызванных недавними падениями метеоритов, которые оставили на поверхности Марса кратеры шириной 150 метров.

InSight улавливает сейсмические волны, проходящие через мантию, и учёные смогли увидеть, что волнам более высокой частоты требуется больше времени, чтобы достичь датчиков в месте удара. По их словам, эти признаки интерференции указывают на то, что недра не однородны, а состоят из отдельных участков.

«Эти сигналы демонстрировали явные признаки помех при прохождении через недра Марса, — сказал доктор Хараламбус. — Это согласуется с теорией о том, что мантия состоит из структур различного происхождения — остатков ранних периодов истории Марса».

«На Марсе произошло следующее: после этих ранних событий поверхность затвердела и превратилась в неподвижную крышку, — объяснил он. — Она запечатала мантию под собой, сохранив эти древние хаотичные образования — как планетарную капсулу времени».

В отличие от недр Земли

Земная кора, для сравнения, постоянно медленно смещается и перерабатывает материал с поверхности в мантию нашей планеты — в тектонических плитах, таких как зона субдукции Каскадия, где некоторые плиты, образующие дно Тихого океана, погружаются под Северо-Американскую континентальную плиту.

Обнаруженные в мантии Марса обломки образуют поразительную картину: несколько крупных фрагментов шириной до 4 км окружены множеством более мелких.

Профессор Том Пайк, который вместе с доктором Хараламбусом пытался выяснить, что стало причиной образования этих осколков, сказал: «Мы наблюдаем „фрактальное“ распределение, которое возникает, когда энергия катастрофического столкновения превышает прочность объекта. Вы видите тот же эффект, когда стакан падает на кафельный пол, или когда метеорит сталкивается с планетой: он разбивается на несколько крупных осколков и множество мелких». Удивительно, что мы до сих пор можем обнаружить это распределение.

Это открытие может повлиять на наше понимание того, как другие каменистые планеты, такие как Венера и Меркурий, эволюционировали на протяжении миллиардов лет. Это новое открытие, связанное с сохранившимся внутренним строением Марса, позволяет нам заглянуть в то, что может скрываться под поверхностью застывших миров.

«Данные InSight продолжают менять наши представления о формировании каменистых планет, в частности Марса», — сказал доктор Марк Пэннинг из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. Лаборатория реактивного движения руководила миссией InSight до её завершения в 2022 году. «Приятно видеть, как учёные делают новые открытия на основе зафиксированных нами землетрясений».

Источник: Science, Имперский колледж Лондона