Jak dane sejsmiczne z NASA InSight piszą 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 zaangażowani 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 Natomiast ETH Zurich w ramach misji NASA InSight podkreśliła, jak często na Marsie występują „marsjańskie trzęsienia ziemi” 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, monitorowana przez sejsmograf łazika 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 w datowaniu powierzchni Marsa, a być może w przyszłości innych planet Układu Słonecznego”.

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

Kolaż przedstawia trzy uderzenia meteorytów, które zostały najpierw wykryte przez sejsmograf na lądowniku InSight NASA, a później uchwycone przez należącą do tej agencji sondę Mars Reconnaissance Orbiter za pomocą kamery HiRISE. Prawa autorskie: NASA/JPL-Caltech/Uniwersytet Arizony

Kratery uderzeniowe 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 w ten sposób wiek planety, naukowcy wykorzystali modele oparte na kraterach na powierzchni Księżyca, aby przewidzieć częstotliwość zderzeń meteorytów o różnych rozmiarach w czasie. Aby zastosować te modele do Marsa, należałoby je zmodyfikować, aby uwzględnić sposób, w jaki atmosfera zapobiega uderzaniu najmniejszych obiektów w powierzchnię, a także różne rozmiary 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 InSight

W ramach nowych badań, będących częścią misji InSight mającej na celu zrozumienie aktywności sejsmicznej i wewnętrznej struktury Marsa, badacze zidentyfikowali nieznany wcześniej wzór sygnałów sejsmicznych wytwarzanych przez uderzenia meteorytów. Sygnały te charakteryzowały się między innymi niezwykle większym udziałem fal o wysokiej częstotliwości w porównaniu z typowymi sygnałami sejsmicznymi i były 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.

Uwypukliło 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 lądownik NASA InSight i niezwykle czuły sejsmometr 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 droższych sejsmometrów na przyszłych lądownikach może poprawić naszą wiedzę na temat wskaźników uderzeń i struktury wewnętrznej Marsa. Urządzenia te pomogą naukowcom wykryć więcej sygnałów sejsmicznych, zapewniając bardziej kompleksowy zestaw danych umożliwiający zrozumienie zderzeń meteorów z Marsem i innymi planetami, a także ich wewnętrznych struktur.

„Aby zrozumieć wewnętrzną strukturę planet, korzystamy z sejsmologii” – stwierdziła dr Wojcica. „Dzieje się tak, ponieważ fale sejsmiczne zmieniają się, gdy przemieszczają się przez materiały znajdujące się w skorupie, płaszczu i jądrze planety. Sejsmolodzy badają te zmiany potrafi określić, z czego zbudowane są te warstwy i jak głębokie są.”

„Na Ziemi najłatwiej jest zrozumieć wewnętrzną strukturę naszej planety, patrząc na dane z sejsmometrów rozmieszczonych na całym świecie. Jednak na Marsie był tylko jeden – SEIS, którego potrzebujemy Do większej liczby sejsmometrów rozmieszczonych na całej planecie.

Oprócz nowych badań opublikowanych w Astronomia przyrodniczaZespół 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: „Szacowanie współczynnika wpływu na Marsa na podstawie statystyk marsjańskich trzęsień ziemi o bardzo dużej częstotliwości” 28 czerwca 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41550-024-02301-z