Марс, который изучается орбитальными и посадочными аппаратами уже не одно десятилетие, в сравнении с Землей в тектоническом плане воспринимается учеными, как «мертвая» планета, где почти отсутствует сейсмическая активность. Однако колебания грунта на планете, хоть и малые, все же присутствуют, и изучить их удалось при помощи специально отправленного туда посадочного модуля InSight («Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport»), который работает уже второй год.
На Земле сейсмологи постоянно изучают фоновые колебания земной коры, с помощью таких наблюдений они могут, к примеру, фиксировать удары волн океана, удаленного на большое расстояние, воздействие ветра, или оценивать снижение антропогенной нагрузки во время режима самоизоляции в крупных городах, как это было сделано минувшей весной.
Расшифровать мельчайшие дрожания грунта в месте посадки аппарата NASA удалось ученым из японского Университета Кюсю, которые опубликовали свое исследование в журнале Geophysical Research Letters.
Прибыв на место, лендер разместил на поверхности планеты сейсмометр, который стал передавать данные на Землю. При анализе данных выяснилось, что в период с февраля по июнь 2019 года прибор зафиксировал несколько сотен «марсотрясений».
Большинство их, конечно, было слабее типичных подземных толчков на Земле, однако некоторые достигали магнитуды 4.
Зафиксированные «микротрясения» были проанализированы на Земле – ученые оценивали направление, с которого они пришли, и интенсивность. «Наш анализ поляризации показал, что сейсмические волны разных частот и типов по-разному изменяются в течение марсианского дня. Изменения во времени низкочастотных P-волн связано с далекими изменениями ветра и солнечной радиации, низкочастотные рэлеевские волны связаны с направлением ветра вблизи лендера. Высокочастотные внешние шумы определяются вибрацией самого посадочного аппарата. Таким образом, микротолчки разных типов и частот имеют разные источники и некоторые, возможно, вызываются геологическими структурами», — пояснил соавтор работы Татсунори Икеда.
По словам ученых, анализ сейсмических волн от различных марсианских источников в будущем поможет им определять отдельные геологические структуры во внутреннем строении Марса.
Однако, как и на Земле, одного подобного сейсмометра для таких целей недостаточно – необходима целая сеть однотипных приборов. «Эти результаты демонстрируют пригодность метода анализа внешних шумов на Марсе. Будущие проекты сейсмических сетей позволят нам моделировать и отслеживать внутреннюю геологическую структуру, и возможно, — даже помогать с добычей полезных ископаемых на Марсе, таких, как подземный лед», — пояснил автор исследования Такеши Тсуджи.
Аппарат InSight совершил мягкую посадку на Марсе 26 ноября 2018 года. Ранее на Марс посылалось несколько исследовательских аппаратов. Марсоходы, посадочные модули, орбитальные корабли — все они изучали поверхность планеты, ее атмосферу и ближайшее космическое окружение. Уникальность InSight в том, что этот зонд впервые должен изучить внутреннее строение Марса, для этого ему приходится поверхность.
Набор имеющихся на борту научных инструментов позволит аппарату изучать тепловые потоки, идущие из недр планеты, сейсмическую активность и понять природу ее ядра. В прошлом NASA уже отправляло на Марс сейсмометры – на двух аппаратах «Викинг» в 1976 году. Однако они не выполнили поставленных задач – один сломался, второй сильно вибрировал из-за марсианских ветров.
Сейсмометр (SEIS) состоит из трех детекторов, способных фиксировать колебания грунта на высоких и малых частотах. С его помощью ученые будут фиксировать естественные «марсотрясения», удары от метеоритов, а также особенности гравитационного взаимодействия Марса с его спутником Фобосом.
Инструмент HP3 (Heat Flow and Physical Properties Probe) размещен на глубине 3-5 метров для оценки теплового потока из глубин планеты. По мере зарывания этот прибор будет должен останавливаться каждые 15 сантиметров для снятия показаний.
Прибор RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) установлен на борту аппарата для изучения вращения Марса. Измеряя мельчайшие отклонения в равномерном вращении планеты, ученые постараются оценить размер, плотность и состояние вещества внутри ядра планеты. Оценка скорости вращения планеты будет проводиться при помощи радиосигналов, отправляемых с Земли, которые позволят определять положение аппарата на поверхности планеты с точностью до 10 сантиметров.