Overflatebølger hjelper til med å kartlegge det indre av Mars

Forskere har observert seismiske bølger som forplanter seg langs overflaten til en annen planet enn Jorden for første gang. Marskjelvene som var et resultat av to store meteoritter som traff Mars, ble registrert av NASAs InSight-lander og analysert ved ETH Zürich i samarbeid med InSight Science Team, som inkluderer forskere fra University of Maryland.

Publisert i tidsskriftet Vitenskap 27. oktober 2022 gir teamets artikkel ny innsikt i strukturen til Martian skorpesom bringer forskere nærmere å lære hvordan planeten dannet seg og utviklet seg over tid.

“Dette er første gang seismikk overflatebølger har blitt observert på en annen planet enn Jorden. Ikke engang Apollo-oppdragene til månen klarte det,” sa studiens hovedforfatter, Doyeon Kim. Kim er for tiden gjesteassistentprofessor ved UMD Department of Geology og seniorassistent ved ETH Institute of Geophysics.

Etter nesten tre år med å oppdage bare kroppsbølger (seismiske bølger som reiser gjennom kroppen til en planet) på Mars, observerte InSight-teamet endelig overflatebølger (seismiske bølger som reiser langs overflaten til en planet) i slutten av desember 2021, da to meteoritter kolliderte med den røde planeten. Atypiske skjelvavlesninger førte til at forskerne mistenkte at nedslagskildene var nær overflaten, så de sammenlignet dataene med informasjon fra Mars Reconnaissance Orbiter. Bilder tatt av orbiteren bekreftet at begge meteorittene hadde hyposentre (opprinnelsespunktet for et skjelv) på overflaten av Mars.

“Før dette var all vår kunnskap om Mars-skorpen basert på det som var rett under InSight-landeren,” sa UMD førsteamanuensis i geologi Vedran Lekic, en medforfatter av papiret. “Men Mars er en stor planet – vi visste ikke om jordskorpen var annerledes på andre steder på planeten. Med disse overflatebølgene var vi endelig i stand til å få en bedre forståelse av jordskorpen langs en stor strekning av Mars.”

En planets skorpe, eller dens ytterste solide skall, gir viktige ledetråder om hvordan den planeten ble dannet og utviklet seg over tid. De fleste planetariske skorper, inkludert jordskorpen og Mars, ble dannet gjennom tidlige dynamiske prosesser i mantelen og ble senere modifisert av andre hendelser som vulkanisme, sedimentasjon, erosjon og nedslagskrater. Som et resultat kan skorper tillate forskere å få en bedre forståelse av de landformende forholdene til en planet fra milliarder av år siden.

For å lære mer om jordskorpen på Mars, analyserte forskerteamet hastigheten til overflatebølger som kommer fra de to meteorittnedslagene. Dette tillot dem å utnytte forholdet mellom overflatebølgehastighet, frekvens og dybde for å estimere de gjennomsnittlige egenskapene til jordskorpen 3 til 18,6 miles under overflaten til Mars.

I gjennomsnitt varierte ikke Mars-skorpen mellom InSights seismometer og de to meteorittnedslagsstedene sterkt med dybden og hadde raskere seismisk hastighet enn det som tidligere ble observert rett under landeren. De raskere hastighetene antyder enten komposisjonsforskjeller eller redusert porøsitet i områder som krysses av overflatebølgene.

“Sammensetningen av skorpen vil bestemme noe av tettheten, men det vil faktorer som porøsitet også; hvis du har mange hull i skorpen, kan det også redusere tettheten til materialet,” forklarte UMD førsteamanuensis i geologi Nicholas Schmerr , en annen medforfatter av papiret. “En vulkan, med alle sine inntrengninger og magma som kommer opp gjennom skorpen under den, ville også ha endret skorpetettheten og sammensetningen i den regionen. Når vi ser lenger nord på Mars, er det sannsynligvis noe underjordisk is i skorpen under nedslaget. nettstedet, som er mindre porøst og veldig forskjellig fra det vi ser under InSight-landeren.”

Teamets funn kan også gi svar på et flere hundre år gammelt mysterium: jordskorpen-dikotomien til Mars.

“Mars har en veldig unik egenskap, som er den veldig skarpe kontrasten mellom dens nordlige og sørlige halvkule,” bemerket Lekic. “Den sørlige delen er virkelig gammel, har høy topografi og er svært kraftig krateret. I mellomtiden er den nordlige regionen vulkansk, veldig lavtliggende og har relativt få kratere. Overflatebølgene vi oppdaget hjalp oss med å lære mer om det nordlige lavlandet, som vi har bare vært i stand til å spekulere om før.”

En populær teori bak dette er at skorpene i det nordlige lavlandet og det sørlige høylandet er sammensatt av forskjellige materialer. Forskerne fant imidlertid ut at deres første resultater ser ut til å motbevise denne ideen, og antyder til og med at skorpestrukturene kan være overraskende like på visse dyp.

Teamet håper at forskningen deres vil fortsette å hjelpe forskere med å undersøke lignende mysterier og danne bedre modeller av Mars mens utforskningen fortsetter.

---

---