8 Minuten
Seisminis proveržis: įrodymai apie kietą vidinį branduolį Marse
Mokslininkai, analizavę NASA InSight zondo seisminius duomenis, dabar praneša įrodymų, kad Marse yra kietas vidinis branduolys, apsuptas skysto išorinio branduolio — vidinė struktūra labiau primena Žemės nei anksčiau patvirtinta. Tyrimą, publikuotą žurnale Nature, parengė Huixing Bi iš Kinijos mokslo ir technologijų universiteto (Hefei) ir bendradarbiai; jie panaudojo patikslintą signalų atranką ir naujus duomenų apdorojimo metodus, kad išgautų silpną seismiką atitinkantį signalo pėdsaką, suderinamą su maždaug 610 km spindulio vidiniu branduoliu. Šie rezultatai praplečia mūsų supratimą apie Marso terminę raidą, ankstyvą magnetinį lauką ir procesus, formavusius planetos atmosferą bei paviršių.
Šie atradimai padės mokslininkams geriau suprasti Marso evoliuciją kaip planetos.
Mokslo pagrindai: branduoliai, dinamai ir planetos apsauga
Kodėl branduolys svarbus
Planetos branduolys kontroliuoja šilumos pernašą, vidinę konvekciją ir — per dinamą — galimybę egzistuoti globaliam magnetiniam laukui. Žemėje kietas geležinis vidinis branduolys yra apsuptas konvektinio skysto išorinio branduolio. Ši konvekcija, varoma šilumos ir cheminės sudėties pokyčių vidiniam branduoliui augant, generuoja magnetinį lauką, kuris nukreipia įkrautas daleles iš Saulės ir padeda užkirsti kelią spartesniam atmosferos netekimui.
Magnetizuotose Marso uolienose rastos užuominos rodo, kad planetoje kadaise egzistavo globalus magnetinis laukas. Senovinis plutoninis magnetinis nuspalvinimas, išvystytos slėnių sistemos ir išdžiūvusios ežerų dangos leidžia manyti, kad prieš milijardus metų Marse buvo tankesnė atmosfera ir paviršiuje tekėjo skystas vanduo. Daug kur manoma, kad praradus magnetinį skydą atmosfera palaipsniui išsiskyrė į kosmosą, paversdama Marsą plonesnės atmosferos, šaltesniu dykumos pasauliu, kurį matome šiandien.
InSight indėlis ir atradimų chronologija
NASA InSight nusileidimo modulis, nusileidęs Marse 2018 m. lapkritį, turėjo itin jautrų seismometrą, skirtą fiksuoti marsquakes ir kitus žemės judesius. Ankstyvieji InSight rezultatai pirmą kartą parodė, kad seisminės bangos praėjo per Marso giliausias struktūras ir suteikė pradines skysto branduolio aptikimo bei dydžio ribas. 2021 m. Simon Stähler ir kolegos analizavo seisminių bangų elgseną ir modeliavo skystą branduolį, kuris atrodė didesnis ir mažesnės tankio nei anksčiau manyta — apie 1 800 km spindulio, kas būtų suderinama su didesniu lengvųjų elementų (pvz., sieros, anglies ir vandenilio) kiekiu, mažinančiu branduolio tankį ir lydimosi temperatūrą.
.avif)
InSight misija nusileido Marse 2018 m.
Stählerio 2021 m. modelis neišskyrė vidinio kieto branduolio galimybės; tuo metu prieinami duomenys neturėjo pakankamo signalo stiprumo, kad būtų identifikuota riba tarp skysto ir kieto centro zonoje. Vėlesnės peržiūros ir pataisymai, įskaitant 2023 m. Henri Samuel komandos reviziją, sureguliavo branduolio dydžio ir tankio įverčius ir padėjo suderinti skirtingas geologines, geodezijos ir seismologijos žinias.
Metodai ir naujas aptikimas
Huixing Bi ir kolegos susitelkė į specifinius seisminius įvykius, vykstančius tokiu atstumu nuo InSight, kuris palankus išlygoms ar atspindžiams ties vidinio branduolio riba aptikti. Atrinkę aukštesnės kokybės įvykių pogrupį ir pritaikę pažangias triukšmo mažinimo bei kaupimo (stacking) technikas, autoriai padidino signalas-iki-triukšmo santykį silpnoms fazėms, atitinkančioms bangas, einančias pro kietą vidinį branduolį. Jų analizė pateikia geriausiai tinkantį modelį su apie 610 km spindulio kietu vidiniu branduoliu, įsiterpusiu į skystą išorinį branduolį.
Derinant dydžio ir tankio apribojimus kyla svarbios cheminės išvados. Ankstesni labai mažo tankio skysto branduolio įverčiai leido manyti didelį lengvųjų elementų kiekį. Vidinio kieto branduolio egzistavimas rodo, kad kristalizacija vyksta, kai Marsas atvėsta, o temperatūros, slėgio ir sudėties pusiausvyra lemia, kaip ir kada prasideda kietėjimas. Naujas rezultatas todėl apriboja branduolio terminę istoriją ir galimų lengvųjų elementų koncentracijų diapazoną.
Konkurenciniai modeliai ir mokslinis progresas
Akivaizdi įtampa tarp visiškai skysto branduolio interpretacijos ir nedidelio kieto vidinio branduolio aptikimo atspindi įprastą mokslinį progresą: palaipsniui atliekami tyrimai tobulina modelius, kai atsiranda daugiau duomenų ir pažangesni metodai. Stählerio pradinė analizė nustatė, kad Marso branduolys apskritai dominančiai skystas; Bi darbai dabar rodo, jog centre gali egzistuoti kieta fazė. Šie rezultatai nėra prieštaringi, o atvirkščiai — parodo didėjančią seisminių analizų jautrumą ir įvykio atrankos, atstumo geometrijos bei triukšmo apdorojimo svarbą subtiliems signalams išgauti.
Mokslininkai ir toliau peržiūrės InSight duomenų rinkinį ir integruos geologinius, geodezinius bei elektromagnetinius apribojimus, kad patikrintų, ar apie 610 km spindulio vidinis branduolys dera su visomis prieinamomis stebėjimų linijomis, įskaitant branduolio dydį, vidutinį tankį ir plutos magnetines anomalijas. Nepriklausomas patvirtinimas galėtų kilti iš būsimų misijų, kurios į Marso skirtingas vietas nugabens seismometrus, magnetometrus ar kitus geofizikos instrumentus.
Pasekmės Marso magnetiniam laukui, atmosferai ir gyvybingumui
Marso vidinio kieto branduolio egzistavimas sustiprina tikimybę, kad planeta kadaise generavo branduolio dinamą, panašią į Žemės. Žemėje vidinio branduolio kristalizacija išlaisvina latentinę šilumą ir lengvuosius elementus, kurie palaiko konvekcinius judesius skystame išoriniame branduolyje ir ilgainiui varo dinamą. Jeigu Marse vyko panašus vidinio branduolio augimas ir išorinio branduolio konvekcija, galimas laikotarpis, kuriuo planetinis magnetinis laukas galėjo apsaugoti tankesnę atmosferą ir paviršinį vandenį ankstyvoje Marso istorijoje.
Tačiau faktas, kad šiandien egzistuoja vidinis branduolys, nereiškia automatiškai, jog senovinė dynamo veikė tiek pat ilgai kaip Žemės. Marsas yra mažesnis, greičiau atvėso, o jo šilumą generuojančių elementų atsargos bei branduolio sudėtis greičiausiai skiriasi. Bet kada, intensyvumas ir trukmė galimos Marsinės dinamos priklauso nuo šių kintamųjų. Nustatyti, kada dynamo nustojo veikti, yra esminis žingsnis siekiant susieti vidinę evoliuciją su atmosferos netekimo laiku, kurį nustatinėja misijos kaip MAVEN ir ESA ExoMars Trace Gas Orbiter vandens ciklo bei atmosferos tyrimai.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Seisminių duomenų apdorojimo, instrumentų jautrumo ir misijų dizaino pažanga yra kertiniai šių atradimų elementai. Technikos, leidžiančios iš InSight triukšmo išskirti silpną vidinio branduolio signalą, apima kruopščią įvykių atranką, bangučių kaupimą ir statistines metodikas, skirtas izoliuoti laukiamas seismines fazes. Būsimų nusileidimo modulių aprūpinimas plataus diapazono seismometrais, išdėstytais keliuose taškuose, žymiai pagerintų globalų Marso mantijos ir branduolio vaizdavimą. Papildomos priemonės — patobulinti gravitacijos ir rotacijos matavimai, elektromagnetiniai skenavimo tyrimai bei laboratoriniai eksperimentai, tiriantys geležies lydinių savybes Marso branduolio slėgiuose — toliau tikslintų cheminius ir terminės istorijos modelius.
Be to, siūlomos ir planuojamos misijos, kurios grąžintų mėginius, detaliau žemėlapiuotų plutos magnetizmą ar diegtų ilgalaikes geofizikos tinklų sistemas, padėtų užpildyti likusias spragas. Kartu šios technologijos ir misijos geriau apribotų Marso magnetinio išsijungimo laiką, atmosferos pabėgimo mechanizmus ir planetos ankstyvą klimatą bei gyvybingumo sąlygas.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Morales, planetinė geofizikė (fiktyvus asmuo), komentuoja: 'Šis naujas vidinio branduolio aptikimas yra didelis žingsnis. Jis parodo, kiek toli galima nueiti su seisminiais duomenimis, taikant kruopščią atranką ir modernų signalų apdorojimą. Jei vidinis branduolys tikrai egzistuoja, jis suteikia konkretų mechanizmą, kaip Marsas galėjo anksčiau palaikyti dinamą. Dabar iššūkis — integruoti seismiką su geochimija ir atmosferos tyrimais, kad sudarytume nuoseklų laikotarpį, kada magnetinė apsauga nyko ir kaip greitai nyko atmosfera.'
Jos vertinimas atspindi įprastą planetų mokslo požiūrį: vien tik duomenų rinkiniai retai teikia galutinius atsakymus, tačiau jie gali reikšmingai susiaurinti galimų modelių diapazoną ir paskatinti tikslingas papildomas stebėjimo pastangas.
Išvados
InSight misijos seisminės analizės, patobulintos ir peržiūrėtos naujais metodais, dabar rodo, kad Marsas gali turėti Žemei panašią sluoksniuotą branduolio struktūrą: kietą vidinį branduolį maždaug 610 km spindulio, apsuptą skysto išorinio branduolio. Toks išdėstymas padidina tikimybę, kad Marse kadaise veikė branduolio dynamo, kuris savo ruožtu galėjo sukurti magnetinį skydą ir padėti išsaugoti tankesnę, šiltesnę ankstyvą atmosferą, kuri leido egzistuoti skystam vandeniui. Rezultatas pabrėžia nuolatinių, aukštos kokybės seisminių stebėjimų vertę ir būtinybę nuolat peržiūrėti misijų duomenis, kai tobulėja analizės metodai. Būsimi geofiziniai matavimai ir tarpdisciplininiai tyrimai seismologijos, magnetizmo, geochemijos ir atmosferos srityse bus esminiai norint pilnai atkurti Marso vidinę raidą, prarastą magnetinį lauką ir planetinius procesus, formavusius jo gyvybingumą.
Quelle: scitechdaily
Kommentar hinterlassen