Вчені з’ясували, чому ґрунт на Марсі утворює тверду корку

26 листопада 2018 року місія NASA Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy, and Heat Transport (InSight) приземлилася на Марс. Це стало важливою віхою в дослідженні Марса, оскільки це був перший випадок, коли дослідницька станція була розгорнута на поверхні для дослідження внутрішньої частини планети.

Одним із найважливіших інструментів, який InSight використовував для цього, був Heat Flow and Physical Properties Package (HP³), розроблений Німецьким аерокосмічним центром (DLR). Також відомий як Марсіанський кріт, цей інструмент протягом чотирьох років вимірював теплові потоки з глибини планети.

HP³ був розроблений для занурення в поверхню до п’яти метрів (~16,5 футів), щоб відчувати тепло глибше в надрах Марса. На жаль, Кріт намагався заритися і врешті-решт опинився просто під поверхнею, що стало несподіванкою для вчених. Тим не менш, «Кріт» зібрав значні дані про добові та сезонні коливання під поверхнею.

Аналіз цих даних командою з Німецького аерокосмічного центру (DLR) дав нове розуміння того, чому марсіанський ґрунт такий «кристий». Згідно з їхніми висновками, температури у верхніх 40 см (~16 дюймів) поверхні Марса призводять до утворення сольових плівок, які зміцнюють ґрунт.

Аналіз, опублікований у журналі Geophysical Research Letters, був проведений групою з Центру підтримки користувачів мікрогравітації (MUSC) DLR Space Operations and Astronaut Training Institution у Кельні, який відповідає за нагляд за експериментом HP³.

Дані про тепло, отримані з надр, можуть стати невід’ємною частиною розуміння геологічної еволюції Марса та розгляду теорій про його центральну область. Наразі вчені підозрюють, що геологічна активність на Марсі в основному припинилася до пізнього гесперського періоду (приблизно 3 мільярди років тому), хоча є докази того, що лава тече там і сьогодні.

Ймовірно, це було спричинено тим, що внутрішня частина Марса охолоджувалася швидше через його меншу масу та нижчий тиск. Вчені припускають, що це спричинило затвердіння зовнішнього ядра Марса, а його внутрішнє ядро ​​стало рідким, хоча це питання залишається відкритим.

Порівнюючи температуру під поверхнею, отриману InSight, із температурою поверхні, команда DLR могла виміряти швидкість переносу тепла в корі (коефіцієнт теплопровідності) і теплопровідність. З цього вперше можна було оцінити щільність марсіанського ґрунту.

Команда визначила, що щільність верхніх 30 см (~12 дюймів) ґрунту порівнянна з базальтовим піском, чого не передбачалося на основі даних орбіти. Цей матеріал поширений на Землі та утворюється шляхом вивітрювання вулканічної породи, багатої на залізо та магній.

Під цим шаром щільність ґрунту порівнянна з ущільненим піском і більш грубими уламками базальту. Тілман Спон, головний дослідник експерименту HP³ в Інституті планетних досліджень DLR, пояснив у прес-релізі DLR:

«Щоб отримати уявлення про механічні властивості ґрунту, я люблю порівнювати його з флористичною піною, яка широко використовується у флористиці для квіткових композицій. Це легкий, дуже пористий матеріал, у якому утворюються отвори, коли в нього вдавлюються стебла рослин … Протягом семи марсіанських днів ми вимірювали теплопровідність і температурні коливання через короткі проміжки часу.

«Крім того, ми постійно вимірювали найвищу та найнижчу добову температуру протягом другого марсіанського року. Середня температура на глибині 40-сантиметрового теплового зонда становила -56°C (217,5 Кельвіна). Ці записи документують температурну криву за добовими циклами та сезонними коливаннями, були першими у своєму роді на Марсі».

Оскільки інкрустований марсіанський ґрунт (так званий «дурікрус») простягається на глибину 20 см (~8 дюймів), Кроту вдалося проникнути лише трохи більше ніж на 40 см (~16 дюймів) — значно менше ніж 5 м (~ 16,5 футів). Тим не менш, дані, отримані на такій глибині, дали цінну інформацію про транспорт тепла на Марсі.

Відповідно, команда виявила, що температура землі коливається лише на 5 °C до 7 °C (9 °F до 12,5 °F) протягом марсіанського дня, що є незначною частиною коливань, які спостерігаються на поверхні — від 110 °C до 130 °C. (від 230°F до 266°F).

Вони помітили сезонні коливання температури на 13°C (~23,5°F), залишаючись нижче точки замерзання води на Марсі в шарах біля поверхні. Це демонструє, що марсіанський ґрунт є чудовим ізолятором, який значно зменшує великі перепади температур на невеликих глибинах.

Це впливає на різні фізичні властивості марсіанського ґрунту, включаючи еластичність, теплопровідність, теплоємність, рух матеріалу всередині та швидкість, з якою сейсмічні хвилі можуть проходити крізь нього.

«Температура також має сильний вплив на хімічні реакції, що відбуваються в ґрунті, на обмін із молекулами газу в атмосфері, а отже, також на потенційні біологічні процеси щодо можливого мікробного життя на Марсі», — сказав Спон. «Це уявлення про властивості та міцність марсіанського ґрунту також становить особливий інтерес для майбутнього дослідження Марса людиною».

Але особливо цікавим було те, як коливання температури дозволяють утворювати солоні розсоли протягом 10 годин на добу (коли в атмосфері достатньо вологи) взимку та навесні. Таким чином, затвердіння цього розсолу є найбільш імовірним поясненням шару твердої кірки під поверхнею. Ця інформація може виявитися дуже корисною, оскільки майбутні місії досліджуватимуть Марс і намагатимуться заглибитися під поверхню, щоб дізнатися більше про історію Червоної планети.