6 Minutės
Marso diena trumpėja sulig keliomis milisekundės dalimis. Iš pirmo žvilgsnio tai gali pasirodyti nereikšminga, bet planetų mokslininkams toks menkas pokytis — vertingas užuomina: pėdsakas judėjimo giliame planetos rūdytoje plutose.
NASA zondo InSight surinkti duomenys, analizuoti kartu su 1970-aisiais vykdytų Viking misijų matavimais, atskleidė subtilų Marso sukimosi pagreitėjimą. Per kelerius metus Raudonosios planetos diena trumpėjo mažiausiais žingsneliais. Kilo paprastas klausimas: kas juda po Marso paviršiumi ir sukelia tokią įtaką rotacijai?
Plūmai, masės anomalijos ir sukinys
Delfto technologijos universiteto (Delft University of Technology) tyrėjai mano, kad turi atsakymą. Jų skaitmeniniai modeliai rodo didelį, plūduriuojantį mantijos plūmą po Tharsis plynaukšte — didžiuliu vulkaniniu regionu netoli Marso pusiaujo, kuriame stovi Olympus Mons ir jo kaimynai, milžiniški ugnikalniai. Šis plūmas būtų mažesnio tankio nei aplinkinis uolienas — tyrėjų vadinama „negatyvia masės anomalija“.
Ką tai reiškia paprastai? Įsivaizduokite sukinėjantį čiuožėją ant ledo: kai jis suartina rankas ar koją prie kūno, sukimosi greitis padidėja dėl masės pasiskirstymo pokyčio. Planetoje judantis medžiagos srautai, kylantys ar nusileidžiantys santykyje su sukimosi ašimi, pakeičia masės pasiskirstymą ir, atitinkamai, sukimosi greitį. Jei lengvesnė, kylanti mantijos medžiaga susitelkia arti pusiaujo, sunkesnė medžiaga turi nusileisti ar priartėti prie ašies — ir visa planeta gali suktis šiek tiek greičiau.
Tokio mechanizmo idėja susieja geofiziką su paviršine geologija: tie procesai, kurie vyksta žemyn giliai mantijoje, gali palikti matomus pėdsakus paviršiuje, o tuo pat metu paveikti rotaciją ir inertiją. Tai paaiškina, kodėl net labai smulkūs laiko pokyčiai — kelių milisekundžių dalys per dieną — yra reikšmingi planetų moksle ir geofizikos interpretacijose.
„Marso paviršius yra toks senas ir demonstruoja daugybę kompleksinių, bet dažnai sunkiai suprantamų procesų“, — sako Bart Root, šio tyrimo pagrindinis autorius ir planetų tyrinėjimo lektorius Delfte. Jis teigia, kad susiejus vidinius dinaminius procesus su paviršine geologija, galima sudėlioti aiškesnį Marso evoliucijos vaizdą: istorija tiesiog užrašyta raudonoje dirvoje.
Tyrėjų komanda panaudojo InSight seizminius ir gravimetrinius jautrumo duomenis, kad apribotų savo modelių parametrus. Seizmologiniai impulsai ir gravitacinės jėgos kintamumo matavimai suteikė ribas, pagal kurias buvo tikrinamos mantijos plūmo savybės — tokios kaip tūris, tankis ir gylis. Remiantis šiomis prielaidomis, rezultatai rodo, kad plūmas po Tharsis gali periodiškai tiekti ištirpusių uolienų (magma) kišenių ar kitas skystas zonas į litosferą — tvirtą, apytiksliai 310 mylių (apie 500 km) storio „ploną“ šalčią apvalkalą — sukeldamas vulkaninę veiklą per ilgus geologinius laikotarpius.
Toks epizodinis tirpimas, medžiagos atnaujinimas ir litosferos pakaitalavimas derėtų tiek su geologiniu įrašu — lavos srautais, kraterų modifikacijomis ir senomis vulkaninėmis konstrukcijomis — tiek su pastebėtu sukimosi pagreitėjimu. Kitaip tariant, nevienalytis masės pasiskirstymas mantijoje ir kintama gravitacinė anomalija gali paaiškinti abu pasirinkimus — paviršinius geologinius požymius ir labai subtilius rotacijos pokyčius.
Pasekmės Marso geologijai ir tolesniems tyrimams
Jei ši idėja teisinga, Marsas nėra toks geologiškai „miręs“, kaip kartais manyta. Giliuose planetos sluoksniuose gali likti šilumos atsargos ir plūduriuojančios medžiagos, kurios vis dar yra mobili, periodiškai skatinančios paviršinį vulkanizmą ir netgi subtiliai keičiant planetos sukimosi greitį. Tokiu atveju Tharsis pakilimas gali būti ne tik senų ugnikalnių telkinys, bet ir paviršinis didelio, ilgai veikiančio, galbūt net globalaus masto vidaus proceso ženklas.
Tuo pačiu egzistuoja reikšmingos nežinomybės. Delfto tyrėjų greitosios (back-of-the-envelope) skaičiavimo eilutės sugeba atgaminti stebėtą sukimosi pokyčio eilės dydį, tačiau autoriai patys pripažįsta, kad reikalingi išsamesni, trimatės ribos (3D) modeliai, kurie galėtų detaliau apibūdinti dinamiką. Tokie modeliai turėtų įtraukti realistišką mantijos konvekciją, temperatūrų ir cheminės sudėties variacijas, amortizaciją bei ilgaamžiškumo įtaką, taip pat geresnę litosferos mechanikos reprezentaciją.
Be to, tiesioginiai, didesnio tikslumo Marso gravitacijos lauko matavimai reikštų didžiulę pažangą. Dabar egzistuojantys gravitacijos žemėlapiai ir masės anomalijų nuotraukos turi ribotą erdvinę rezoliuciją ir jautrumą, ypač giliems mantijos sluoksniams. Skirta gravitacijos misija, su aukštos tikslumo orbitiniais gravitacijos matuokliais arba net palydovų poromis, galėtų sufiksuoti žemės viduje esančias masės anomalijas, nustatyti jų erdvinį išsidėstymą ir kontrastą, taip remdama arba paneigdama „neigiamą masės anomaliją“ Tharsis regione.
Tyrėjai pateikia aiškią rekomendaciją: atlikti specialią Marso gravitacijos misiją. Tokia misija galėtų žemėlapiuoti požemines masės koncentracijas tokiu mastu ir rezoliucija, kuri reikalinga ne tik neigiamai masės anomalijai po Tharsis patvirtinti, bet ir bendresnei Marso mantijos bei litosferos struktūrai suprasti. Alternatyviai geresni seismologiniai matavimai, papildomi ilgesnės trukmės InSight tipo stotis ar tinklai, suteiktų papildomų duomenų apie mantijos konvekciją ir galimus plūmų šaltinius.
Iki tol ši hipotezė išlieka patraukli, bet laikina. Planetų moksle smulkūs signalai neretai atveria dideles istorijas: kelių milisekundžių dalys per dieną gali vieną dieną paaiškinti, kaip veikia Marso vidus, kaip gyveno ir mirė jo vulkanai bei kaip uolinės planetos keičiasi iš vidaus į išorę.
Žemiau pateikiami keli papildomi techniniai ir kontekstiniai aspektai, kurie paaiškina tyrimo platesnes pasekmes ir mokslinius iššūkius:
- Seismologiniai įrašai: InSight zondas užfiksavo smulkias vibracijas ir „marsquakes“, kurių analizė leidžia atspėti vidinio sluoksnių sankirtas ir storį. Tokie įrašai, kartu su laiko serijomis, gali nurodyti atšiauresnes arba ilgesnes erozijos ir magmos judėjimo fazes, kurios koreliuoja su masės perskirstymu.
- Gravimetriniai metodai: orbitiniai masės ir gravitacijos matavimai leidžia apskaičiuoti anomalias zonų tankio variacijas. Žemesnio tankio plūmai sukelia neigiamas gravitacijos anomalijas, o tankesnės, nusileidusios medžiagos — teigiamas anomalijas. Aiškus anomalijų trimačio vaizdo gavimas yra esminis žingsnis hipotezės patikrinimui.
- Termodinaminiai aspektai: pildant jokios magmos gamybos hipotezę, svarbu vertinti šilumos srautus ir jų ilgalaikį palaikymą. Plūmai reikalauja šilumos šaltinio, kuris išlaikytų pakankamai aukštą temperatūrą, kad generuotų ištirpimą ir tęstųsi geologiniu mastu. Marso vidinė šiluminė evoliucija — radiogeninio šilumos šaltinio pasiskirstymas, giluminės konvekcijos stiprumas — vaidina esminį vaidmenį.
- Litosferos mechanika: litosfera, kaip tvirta pluta, atsako į mantijos spaudimą ir plūmų kilimą skirtingai priklausomai nuo savo elastingumo, storio ir temperatūros. Jeigu litosfera yra storesnė ar šaltesnė, plūmai gali susitelkti ir sukelti paviršines deformacijas, o jei pluta plona, plūmai lengviau išsiveržia ir sukelia vulkanizmą.
- Laiko skalė ir geologiniai įrašai: vulkaninė veikla Marse galėjo pasireikšti epizodiškai per šimtus milijonų metų, o kiekvienas toks epizodas galėjo pakeisti masės pasiskirstymą ir sukimosi momentą. Ilgalaikio laiko skalės matavimai ir kraterių bei lava srautų datavimas leis geriau susieti sukimosi pokyčius su konkrečiomis vulkaninėmis fazėmis.
Galiausiai, ši tyrimų kryptis pabrėžia tarpdisciplininio požiūrio svarbą: geologai, seismologai, geofizikai ir misijų planuotojai turi bendradarbiauti, kad suderintų modelius, instrumentus ir laiko grafikus, reikalingus išspręsti tokius subtilius, bet ryškius Marso vidinių procesų signalus.
Palikite komentarą