7 Minutės
Seisminis proveržis: įrodymai apie kietą vidinį branduolį Marse
Tyrėjai, analizuodami NASA zondo InSight surinktus seisminius duomenis, dabar praneša apie įrodymus, kad Marse yra kietas vidinis branduolys, apsuptas skysto išorinio branduolio — vidinė sandara, labiau primenanti Žemę nei anksčiau patvirtinta. Nature žurnale paskelbtame tyrime Huixing Bi iš Kinijos mokslo ir technologijų universiteto (Hefei) ir bendraautoriai panaudojo patobulintą signalo atranką ir naujus duomenų apdorojimo metodus, kad išskirtų silpną seismikinį parašą, atitinkantį maždaug 610 km spindulio vidinį branduolį. Šie rezultatai suteikia naujų žinių apie Marso terminę evoliuciją, ankstinį magnetinį lauką ir procesus, formavusius planetos atmosferą bei paviršių.
Šie rezultatai padės mokslininkams geriau suprasti Marso evoliuciją kaip planetą.
Mokslinis pagrindas: branduoliai, dinamai ir planetų apsauga
Kodėl branduolys svarbus
Planetos branduolys reguliuoja šilumos mainus, vidinę konvekciją ir — per dynamo mechanizmą — globalinio magnetinio lauko egzistavimą. Žemėje kietas geležinis vidinis branduolys yra apsuptas konvekuojančios skystos išorinės dalies. Ši konvekcija, varoma šilumos ir cheminės sudėties pokyčių augant vidiniam branduoliui, sukuria magnetinį lauką, kuris atstoja saulės įkrautų dalelių srautą ir padeda lėtinti atmosferos netekimą.
Magnetizuotose Marso uolienose įrašyti ženklai rodo, kad planetoje anksčiau buvo globalus magnetinis laukas. Senovinis plutos magnetizavimas, plačios slėnių sistemos ir išdžiūvusios ežerų dubenys leidžia manyti, kad prieš milijardus metų Marsas turėjo tankesnę atmosferą ir skysto vandens paviršiuje. Plačiai priimama hipotezė, kad prarasta magnetinė apsauga leido atmosferai pamažu išsisklaidyti į kosmosą, paversdama Marsą šiandien matoma plona atmosferą turinčia ir šalta dykuma.
InSight indėlis ir atradimų seka
NASA zondas InSight, nusileidęs Marse 2018 m. lapkritį, nešė itin jautrų seismometrą, skirtą fiksuoti marskūzus ir kitus žemės judesius. Ankstyvi InSight rezultatai pirmą kartą parodė, kad seisminės bangos praeina per Marso giliausias zonas ir pateikė pradinius skysčio branduolio aptikimo ir dydžio apribojimus. 2021 m. Simon Stähler ir kolegos analizavo seisminių bangų elgseną ir modeliavimu nustatė skystą branduolį, kuris pasirodė didesnis ir mažesnio tankio nei ankstesnės prognozės — maždaug 1 800 km spindulio branduolį, suderintą su didele lengvųjų elementų (pvz., sieros, anglies ir vandenilio) dalimi, mažinančia branduolio tankį ir lydimosi temperatūrą.
.avif)
InSight misija nusileido Marse 2018 m.
Stählerio 2021 m. modelis neišskyrė kietojo vidinio branduolio galimybės; tuo metu prieinami duomenys neturėjo pakankamo signalo stiprumo, kad būtų galima identifikuoti skysčio ir kietos medžiagos ribą Marso centre. Vėlesnės pakartotinės analizės ir patikslinimai, įskaitant 2023 m. Henri Samuelio vadovaujamos komandos peržiūrą, pakoregavo branduolio dydžio ir tankio įvertinimus ir padėjo suderinti geologinius, geodezijos ir seismologinius įrodymus.
Metodai ir naujas aptikimas
Huixing Bi ir kolegos susitelkė į tam tikrus seisminius įvykius, vykstančius atstumais nuo InSight, kurie palankūs bangoms lūžti ar atsispindėti nuo vidinio branduolio ribos. Atrinkdami aukštesnės kokybės įvykių pogrupį ir taikydami pažangias triukšmo mažinimo bei stakcijos (stacking) technikas, autoriai padidino signalo ir triukšmo santykį silpnoms fazėms, atitinkančioms bangas praeinančias per kietą vidinį branduolį. Jų analizė pateikia geriausiai tinkantį modelį, kuriame kietojo vidinio branduolio spindulys yra apie 610 km, esantis skysto išorinio branduolio viduje.
Iš dydžio ir tankio apribojimų susidaro svarbios cheminės implikacijos. Ankstesni labai mažo tankio skysto branduolio įverčiai siūlė reikšmingą lengvųjų elementų dalį. Kietojo vidinio branduolio egzistavimas reiškia, kad kristalizacija vyksta Marso auštant, o temperatūros, slėgio ir sudėties pusiausvyra lemia, kaip ir kada prasideda sukietėjimas. Šis naujas rezultatas todėl apriboja branduolio terminę raidą ir leidžiamų lengvųjų elementų koncentracijų intervalą.
Konkuruojantys modeliai ir mokslinis progresas
Akivaizdi įtampa tarp pilnai skysčio branduolio interpretacijos ir mažo kieto vidinio branduolio aptikimo iliustruoja įprastą mokslinį raidos kelią: vienas po kito atliekami tyrimai patikslina modelius, kai atsiranda daugiau duomenų ir geresni metodai. Stählerio pirminis aptikimas nustatė, kad Marso branduolys apskritai yra dominančiai skystas; Bi darbas dabar rodo, kad pačiame centre egzistuoja kieta fazė. Šie rezultatai nėra vienas kitam prieštaraujantys, bet atspindi seisminių analizų jautrumo didėjimą ir įvykio atrankos, atstumo geometrijos bei triukšmo apdorojimo svarbą išskiriant subtilius signalus.
Tyrėjai toliau peržiūrės InSight duomenų rinkinį ir integruos geologinius, geodezinius bei elektromagnetinius apribojimus, kad patikrintų, ar 610 km vidinis branduolys atitinka visus turimus stebėjimus, įskaitant branduolio dydį, vidutinį tankį ir plutos magnetines anomalijas. Nepriklausomą patvirtinimą galėtų suteikti būsimos misijos, nešančios seismometrus, magnetometrus ar kitus geofizinius prietaisus, dislokuoti kituose Marso regionuose.
Pasekmės Marso magnetiniam laukui, atmosferai ir gyvybingumui
Marso su kietu vidiniu branduoliu radinys sustiprina galimybę, kad jis kadaise gamino branduolio dynamą, panašią principu į Žemės. Žemėje vidinio branduolio kristalizacija išskiria latentinę šilumą ir lengvuosius elementus, kurie gali palaikyti išorinio skysto branduolio konvekciją ir varyti dynamą geologiniu mastu. Jei Marsas patyrė panašią vidinio branduolio augimo ir išorinio branduolio konvekcijos seką, planetinis magnetinis laukas galėjo egzistuoti pakankamai ilgai, kad apsaugotų tankesnę atmosferą ir paviršinio vandens likučius ankstyvoje Marso istorijoje.
Tačiau faktas, jog šiandien egzistuoja vidinis branduolys, nereiškia automatiškai, kad senovinė dynamo veikė tiek pat ilgai kaip Žemės. Marsas yra mažesnis už Žemę, greičiau atvėso, o jo šilumą generuojančių elementų atsargos ir branduolio sudėtis greičiausiai skiriasi. Bet koks Marso dynamo paleidimo laikas, intensyvumas ir trukmė priklauso nuo šių kintamųjų. Nustatyti, kada dynamo nutrūko, yra esminė užduotis, siekiant susieti vidinę raidą su atmosferos netekimo laikotarpiu, matuojamu misijomis, tokiomis kaip MAVEN, ir vandens ciklo tyrimais iš ESA ExoMars Trace Gas Orbiter.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Proveržiai seisminių duomenų apdorojime, prietaisų jautrumas ir misijų planavimas yra pagrindiniai šių atradimų varikliai. Technikos, naudojamos ištraukti silpną vidinio branduolio signalą iš InSight triukšmo, apima kruopščią įvykių atranką, bangos formų stakcijavimą ir statistinius metodus, leidžiančius izoliuoti tikėtas seismines fazes. Ateities zondai su plataju diapazonu seismometrais, dislokuoti keliuose taškuose, žymiai pagerintų globalinį Marso mantijos ir branduolio vaizdavimą. Papildomi metodai — pagerinti gravitacijos ir rotacijos matavimai, elektromagnetinis gręžimas ir laboratoriniai eksperimentai, nustatantys geležies lydinių savybes Marso branduolio slėgiuose — tikslins cheminius ir terminės istorijos modelius.
Be to, siūlomos ir planuojamos misijos, kurios grąžintų mėginius, detaliau žemėlapiuotų plutos magnetizmą arba diegtų ilgalaikes geofizines tinklas, padėtų užpildyti likusias spragas. Kartu šios technologijos ir misijos geriau apribotų laiką, kada Marsas prarado magnetinę apsaugą, atmosferos erozijos mechanizmus ir planetos ankstyvą klimatą bei galimą gyvybingumą.
Eksperto įžvalga
Dr. Elena Morales, planetų geofizikė (fikcinė), komentuoja: 'Šis naujas vidinio branduolio aptikimas yra didelis žingsnis. Jis parodo, kiek toliau galime stumti seisminių duomenų ribas, taikydami kruopščią atranką ir modernų signalo apdorojimą. Jei vidinis branduolys egzistuoja, tai suteikia konkretų mechanizmą, kaip Marsas galėjo praeityje palaikyti dynamą. Dabar iššūkis yra integruoti seismologiją su geochemija ir atmosferos tyrimais, kad sukurtume nuoseklų laikmatį, kada magnetinė apsauga pranyko ir kaip greitai atmosfera buvo išplauta.'
Jos vertinimas atspindi įprastą planetų mokslo nuomonę: vieni duomenų rinkiniai retai duoda galutinius atsakymus, bet jie gali žymiai susiaurinti galimų modelių spektrą ir paskatinti tikslingas sekimo stebėsenas.
Išvada
Seisminės analizės iš InSight misijos, patikslintos ir peržiūrėtos taikant naujus metodus, dabar rodo į Marsą su Žeme panašiai sluoksniuotu branduoliu: kietą vidinį branduolį, maždaug 610 km spindulio, apsuptą skysto išorinio branduolio. Toks sandaros atradimas padidina tikimybę, kad Marsas kadaise generavo branduolio dynamą, kuris savo ruožtu galėjo palaikyti magnetinę skydą ir padėti išsaugoti tankesnę, šiltesnę ankstyvą atmosferą, tinkamą skystam vandeniui. Rezultatas pabrėžia nuoseklių, aukštos kokybės seisminių stebėjimų vertę ir nuolatinį misijos duomenų peržiūros svarbumą, kai gerėja analizės metodai. Būsimi geofiziniai matavimai ir koordinuojami tyrimai seismologijos, magnetizmo, geochemijos ir atmosferos srityse bus būtini norint pilnai atkurti Marso vidinę raidą, jo prarastą magnetinį lauką ir planetos procesus, formavusius gyvybingumą.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą