Как данные марсохода НАСА InSight помогают переписать историю Марса

Сейсмические сигналы указывают Марс Ежегодно на него падает около 300 метеоритов размером с баскетбольный мяч, что дает новый инструмент для датирования поверхностей планет.

Ученые, участвующие в НАСАМиссия InSight компании InSight показала, что Марс испытывает гораздо больше столкновений с метеоритами, чем считалось ранее, при этом ежегодная частота колеблется от 280 до 360 крупных столкновений. Это новое понимание основано на сейсмических данных, полученных сейсмометром InSight, которые предлагают более эффективный способ датирования поверхностей планет Солнечной системы.

Новое исследование, проведенное учеными из Имперский колледж Лондон Недавнее исследование, проведенное исследователями Цюрихского университета в сотрудничестве с Цюрихским федеральным технологическим институтом, работающим в рамках миссии НАСА InSight, показало, как часто на Марсе происходят «марсианские толчки», вызванные ударами метеоритов.

Исследователи обнаружили, что Марс ежегодно подвергается примерно от 280 до 360 столкновениям метеоритов, в результате чего образуются кратеры диаметром более восьми метров, сотрясающие поверхность Красной планеты.

Скорость этих марсианских землетрясений, отслеживаемая сейсмографом марсохода InSight — инструментом, способным измерять малейшие движения земли, — превышает предыдущие оценки, основанные на спутниковых изображениях марсианской поверхности.

Эти кратеры образовались в результате столкновения метеорита с Марсом 5 сентября 2021 года и являются первыми кратерами, наблюдавшимися зондом НАСА InSight. На этом цветном изображении, сделанном марсианским разведывательным орбитальным аппаратом НАСА, пыль и почва, поврежденные ударом, выделены синим цветом, чтобы детали были более заметны человеческому глазу. Авторские права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны.

Сейсмические данные и планетарное датирование

Исследователи говорят, что эти сейсмические данные могут быть лучшим и более прямым способом измерения скорости падения метеоритов и могут помочь ученым более точно датировать поверхности планет Солнечной системы.

«Используя сейсмические данные, чтобы понять, как часто метеориты падают на Марс и как эти удары меняют его поверхность, мы можем начать лучше собирать воедино», — сказала доктор Наталья Войжитка, соавтор первого исследования и научный сотрудник Департамента Марса. Науки о Земле и инженерия в Имперском колледже Лондона. Вместе представлена ​​временная шкала геологической истории и эволюции Красной планеты.

«Вы можете думать об этом как о своего рода «космических часах», которые помогут нам датировать поверхности Марса и, возможно, в будущем, других планет Солнечной системы».

Исследование было опубликовано сегодня (28 июня) в журнале Природная астрономия.

На изображении-коллаже показаны три падения метеорита, которые сначала были обнаружены сейсмографом на посадочном модуле НАСА InSight, а затем зафиксированы орбитальным аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter с помощью камеры HiRISE. Авторские права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех/Университет Аризоны.

Ударные кратеры как космические часы

В течение многих лет ученые использовали количество кратеров на поверхности Марса и других планет в качестве «космических часов» для оценки возраста планет — при этом на старых поверхностях планет больше кратеров, чем на молодых.

Чтобы рассчитать возраст планет таким образом, ученые традиционно использовали модели, основанные на кратерах на Луне, чтобы предсказать скорость падения метеоритов разных размеров с течением времени. Чтобы применить эти модели к Марсу, им нужно будет скорректировать то, как атмосфера предотвращает столкновение более мелких ударных частиц с поверхностью, а также различные размеры и расположение Марса в Солнечной системе.

Что касается небольших кратеров диаметром менее 60 метров, марсианские ученые также смогли наблюдать, как часто образуются новые кратеры, используя спутниковые снимки, но количество кратеров, обнаруженных таким образом, намного меньше, чем ожидалось.

Художественная визуализация спускаемого аппарата InSight, работающего на поверхности Марса. InSight, сокращение от «Внутреннее исследование с использованием сейсмических исследований, геодезии и теплового транспорта», представляет собой посадочный модуль, предназначенный для проведения первого комплексного исследования Марса с момента его образования 4,5 миллиарда лет назад. Источник изображения: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Данные сейсмометра InSight

В этом новом исследовании, являющемся частью миссии InSight по пониманию сейсмической активности и внутренней структуры Марса, исследователи выявили ранее неизвестную структуру сейсмических сигналов, создаваемых ударами метеоритов. Эти сигналы, помимо других характеристик, характеризовались необычно большей долей высокочастотных волн по сравнению с типичными сейсмическими сигналами и были известны как «очень высокочастотные» марсианские землетрясения.

Исследователи обнаружили, что частота ударов метеоритов выше, чем предполагалось ранее, изучая вновь образовавшиеся кратеры, запечатленные на спутниковых изображениях, и согласуются с экстраполяционными данными по кратерам на поверхности Луны.

Это подчеркнуло ограничения предыдущих моделей и оценок, а также необходимость в более совершенных моделях для понимания образования кратеров и воздействия метеоритов на Марс.

Сила сейсмических данных в планетологии

Чтобы решить эту проблему, группа ученых использовала зонд НАСА InSight и его высокочувствительный сейсмограф SEIS для регистрации сейсмических событий, которые могли быть вызваны падениями метеоритов.

SEIS обнаружила отчетливые сейсмические признаки этих высокочастотных марсианских землетрясений, которые, по мнению исследователей, указывали на удары метеоритов и отличались от другой сейсмической активности.

Используя этот новый метод обнаружения ударов, исследователи обнаружили гораздо больше ударов, чем предсказывали спутниковые изображения, особенно для небольших ударов, которые образуют кратеры диаметром всего несколько метров.

Профессор Гарет Коллинз, один из соавторов исследования с факультета наук о Земле и инженерии Имперского колледжа Лондона, сказал: «SEIS оказалась невероятно успешной в обнаружении столкновений – и похоже, что прослушивание столкновений более эффективно, чем их поиск. если мы хотим понять, как часто они происходят».

Улучшить наше понимание Солнечной системы

Исследователи полагают, что размещение меньших по размеру и более доступных сейсмометров на будущих кораблях может еще больше улучшить наше понимание скорости столкновений с Марсом и его внутренней структуры. Эти инструменты помогут исследователям обнаружить больше сейсмических сигналов, предоставив более полный набор данных для понимания воздействия метеоритов на Марс и другие планеты, а также их внутренней структуры.

«Чтобы понять внутреннюю структуру планет, мы используем сейсмологию», — сказал доктор Войчица. «Это происходит потому, что сейсмические волны меняются, когда они проходят через материалы в коре, мантии и ядре планеты или отражаются от них. Изучая эти изменения, сейсмологи. может определить, из чего состоят эти слои и насколько они глубоки».

«На Земле понять внутреннее строение нашей планеты легче всего, глядя на данные сейсмометров, разбросанных по всему миру. Однако на Марсе был только один инструмент — SEIS. Чтобы лучше понять внутреннее строение Марса, нам нужно. Еще больше сейсмометров разбросано по всей планете».

А также новые исследования, опубликованные в Естественная астрономияКоманда также участвует в другом исследовании, опубликованном в Научный прогресс Today, которая использовала изображения и атмосферные сигналы, записанные InSight, чтобы оценить, как часто происходят столкновения на Марсе. Несмотря на использование разных методов, оба исследования пришли к схожим выводам, что подкрепляет общие выводы.

Ссылка: «Оценка интенсивности воздействия на Марс на основе статистики очень высокочастотных марсианских землетрясений» 28 июня 2024 г., Природная астрономия.
doi: 10.1038/s41550-024-02301-z