Почему одна сторона Марса так сильно отличается от другой
В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, планетологи проанализировали марсотрясения, зафиксированные зондом NASA Insight, который расположен недалеко от границы, разделяющей две стороны Марса. Изучение того, как распространяются колебания при марсотрясениях, позволило обнаружить доказательства того, что происхождение марсианской дихотомии лежит глубоко внутри планеты.
Марсианская дихотомия
Высота над уровнем моря — не единственное различие между двумя сторонами Марса. Южное нагорье испещрено кратерами и застывшими потоками вулканической лавы. В отличие от них, поверхность северных низменностей гладкая и ровная, почти без видимых ущелий и других значимых особенностей.
Из геофизических и астрономических измерений мы знаем, что кора Марса значительно толще под южным нагорьем. Известно также, что южные породы намагничены (что позволяет предположить, что они относятся к древней эпохе, когда на Марсе существовало глобальное магнитное поле), а северные низменности — нет.
Марсианская дихотомия была обнаружена в 1970-х годах, когда снимки с зондов «Викинг» показали разницу в высоте и распределении ударных кратеров. Плотность кратеров на поверхности (количество кратеров на единицу площади) можно использовать для расчета возраста поверхностных пород: чем старше поверхность, тем больше кратеров. Таким образом, южные нагорья, по-видимому, старше северных низменностей.
Ученые также считают, что когда-то на Марсе был огромный океан жидкой воды, вероятно, он находился в том же регионе, что сейчас расположены северные низменности.
Внешний космос или внутренние силы?
Происхождение марсианской дихотомии — давняя загадка планетарной науки. Какой постепенный или бурный природный процесс, космическая сила или катастрофа на ранней стадии развития Марса (учитывая возраст пород на поверхности) могли бы дать ответ на этот вопрос?
Появились две основные гипотезы. Первая — так называемая эндогенная гипотеза. Она утверждает, что разница в теплообмене за счет подъема более теплого и опускания более холодного материала внутри марсианской мантии привела к появлению видимой дихотомии на ее поверхности. Вторая — экзогенная гипотеза, согласно которой причина дихотомии пришла из космоса. Это означает катастрофическое воздействие либо одного тела размером с Луну, либо нескольких тел меньшего размера, изменивших поверхность планеты.
Марсотрясения
На Земле мы можем использовать данные сотен и даже тысяч сейсмометров, чтобы определить местоположение землетрясения. На Марсе у нас есть данные только одного прибора, установленного на посадочном аппарате Insight. Чтобы определить местоположение марсотрясения, нам приходится полагаться на измерение разницы во времени прихода различных видов колебаний (так называемых P- и S-волн). Это позволяет рассчитать расстояние до марсотрясения. Мы также можем определить направление землетрясения, наблюдая за движением частиц на поверхности.
Создав систему точного определения марсотрясений по данным Insight, планетологи проверили ее на известных событиях, таких как падение метеоритов, зафиксированное спутниковыми камерами. Ученые обнаружили, что их методы надежно указывают на скопление марсотрясений в районе Терра Киммерия на южном нагорье.
Ученые показали, как S-волны теряют энергию при прохождении через породу южного нагорья. Кроме того ученые сделали аналогичные расчеты для ранее наблюдавшихся марсотрясений в районе Cerberus Fossae на северной низменности. Сравнение этих расчетов показало, что волны быстрее теряли энергию в южных нагорьях. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что горная порода под южным нагорьем более теплая, чем на севере.
Что марсотрясения говорят о дихотомии
Разница температур между двумя половинами Марса подтверждает идею о том, что разделение было вызвано внутренними силами Марса, а не внешним воздействием. Полное объяснение причин этого явления довольно сложно. Но упрощенная модель выглядит следующим образом.
Когда-то на Марсе были движущиеся тектонические плиты, как на Земле. Движение этих плит и расплавленной породы под ними могло создать нечто похожее на марсианскую дихотомию, которая затем застыла на месте, когда тектонические плиты перестали двигаться. Эти события могли привести к возникновению конвекции в расплавленных породах, что и объясняет наблюдаемую сегодня дихотомию: под южными возвышенностями наблюдаются восходящие потоки, а под северными низменностями — нисходящие.
Чтобы окончательно ответить на вопрос о причинах марсианской дихотомии, ученым потребуется больше данных о марсотрясениях, более подробные модели формирования Марса и сравнение с Землей и другими планетами. Но новое исследование открывает новый важный фрагмент этой головоломки.