Kızıl Gezegenin temel gizemini çözün

MarsSıvı demir çekirdek önceden düşünülenden daha küçük ve daha yoğundur. Sadece daha küçük değiller, aynı zamanda bir erimiş kaya tabakasıyla da çevrelenmişler. ETH Zürih araştırmacılarının InSight iniş aracından elde edilen sismik verilere dayanarak vardığı sonuç budur.

• Bir yıl sonra NASA InSight misyonu sona erdi ve kaydedilen Mars depremlerinin analizi, bilgisayar simülasyonlarıyla birlikte yeni sonuçlar vermeye devam ediyor.
• Başlangıçta gözlemlenen Mars depremlerinin analizi, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun, saf sıvı demirin yoğunluğundan çok daha düşük olması gerektiğini gösteriyor.
• Yeni gözlemler, Mars’ın çekirdeğinin yarıçapının başlangıçta belirlenen 1.800-1.850 kilometre aralığından 1.650-1.700 kilometreye düştüğünü gösteriyor.

Mars’ın içini keşfetmek: NASA’nın InSight Lander’ından bilgiler

NASA’nın InSight iniş aracı dört yıl boyunca sismometresini kullanarak Mars’taki sarsıntıları kaydetti. ETH Zürih’teki araştırmacılar, gezegenin iç yapısını belirlemek için Dünya’ya geri gönderilen verileri topladı ve analiz etti. ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü’nde kıdemli bilim insanı olan Amir Khan, “Görev Aralık 2022’de sona ermiş olsa da artık çok ilginç bir şey keşfettik” diyor.

Mars’ın eşsiz silikat tabakası

Kaydedilen Mars depremlerinin analizi, bilgisayar simülasyonlarıyla bir araya getirilerek gezegenin iç kısmının yeni bir resmi çiziliyor. Sıvı Mars demiri arasında sıkışıp kaldık Alaşım Gezegenin çekirdeği ve katı silikat mantosu, yaklaşık 150 kilometre kalınlığındaki sıvı silikat (magma) tabakasının içinde yer alıyor. Khan, “Dünyada bunun gibi tamamen erimiş bir silikat tabakası yok” diyor.

Bu sonuç artık bilimsel dergide yayınlandı doğa Paris’teki Institut Physique du Monde’dan Henri Samuel’in tamamlayıcı yöntemler kullanarak benzer bir sonuca vardığı bir çalışmayla birlikte, araştırmacıların daha önce çözdüğü bir gizemi çözerek Mars çekirdeğinin boyutu ve bileşimi hakkında yeni bilgiler de sağlıyor. şimdiye kadar Açıklayamadı.

Mars’ın temel bileşimi

Başlangıçta gözlemlenen Mars depremlerinin analizi, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun, saf sıvı demirin yoğunluğundan çok daha düşük olması gerektiğini gösterdi. Örneğin, Dünya’nın çekirdeği ağırlığının yaklaşık %90’ı demirden oluşur. Kükürt, karbon, oksijen ve hidrojen gibi hafif elementler toplam ağırlığın yaklaşık yüzde 10’unu oluşturur.

Mars çekirdeğinin yoğunluğuna ilişkin ilk tahminler, çekirdeğin çok daha büyük oranda hafif elementlerden (ağırlıkça yaklaşık %20) oluştuğunu gösterdi. ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Dongyang Huang, “Bu, hafif elementlerin çok büyük bir grubunu temsil ediyor ve bu neredeyse imkansız. O zamandan beri bu sonucu merak ediyorduk” diyor.

Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde araştırmacı ve IPGP’de jeodinamikçi olan Henry Samuel, Nature dergisinde yayınlanan bir makalede önerilen Mars’ın iç yapısına ilişkin yeni modeli açıklıyor. NASA’nın InSight misyonundaki bilim insanları tarafından yürütülen çalışma, Mars mantosunun heterojen olduğunu ve Mars çekirdeğini kaplayan bir erimiş silikat tabakasından oluştuğunu öne sürüyor. Tüm jeofizik gözlemleri açıklayan ve göktaşı çarpması sonrasında Mars’ta kaydedilen sismik veriler kullanılarak oluşturulan bu model, Kızıl Gezegenin iç yapısı ve evrimi hakkındaki görüşlerimizde devrim yaratıyor. Kredi bilgileri: © IPGP

Mars’ın özünü yeniden tanımlıyoruz

Yeni gözlemler, Mars çekirdeğinin yarıçapının, başlangıçta belirlenen 1800-1850 km aralığından, Mars yarıçapının yaklaşık %50’sini temsil eden 1650-1700 km’ye düştüğünü gösteriyor. Mars’ın çekirdeği önceden düşünülenden daha küçük ancak aynı kütleye sahipse, bu onun yoğunluğunun daha fazla olduğu ve dolayısıyla daha az hafif element içerdiği anlamına gelir. Yeni hesaplamalara göre hafif elementlerin oranı ağırlıkça yüzde 9 ile 14 arasına düştü.

ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü’nde yardımcı doçent ve üye olan Paolo Susi, “Bu, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun hala oldukça düşük olduğu, ancak tipik gezegen oluşumu senaryoları bağlamında artık açıklanamaz olmadığı anlamına geliyor” diyor. Ulusal Yer Bilimleri Komitesi. Araştırmada Yeterlilik Merkezleri (NCCR’ler) Gezegenler.

Mars çekirdeğinin büyük miktarda hafif elementler içermesi gerçeği, bunun çok erken bir zamanda, belki de Güneş’in hâlâ Mars’ın çekirdeğinde birikmiş olabilecek hafif elementlerin bulunduğu nebula gazıyla çevrili olduğu dönemde oluştuğunu gösteriyor.

Uzak Mars depremlerinden yararlanmak

İlk hesaplamalar InSight iniş aracının yakınında meydana gelen sarsıntılara dayanıyordu. Ancak sismograf, Ağustos ve Eylül 2021’de Mars’ın diğer tarafında iki deprem kaydetti. Bunlardan biri meteor çarpmasından kaynaklandı.

ETH Zürih Jeoloji Bilimleri Bölümü’nde doktora öğrencisi Cecilia Duran, “Bu depremler, Dünya’nın çekirdeğini kateden sismik dalgalar üretti” diye açıklıyor. “Bu, kalbi aydınlatmamızı sağladı.”

Bunun aksine, daha önceki Mars depremlerinde dalgalar çekirdek-manto sınırından yansımıştı ve kızıl gezegenin en derin iç kısmı hakkında hiçbir bilgi sağlayamamıştı. Bu yeni gözlemler sonucunda araştırmacılar artık sıvı çekirdeğin yaklaşık 1.000 km derinliğe kadar olan sismik dalgalarının yoğunluğunu ve hızını belirleyebildiler.

Kuantum mekaniksel süper bilgisayar simülasyonu

Bu profillerden malzeme bileşimini anlamak için araştırmacılar genellikle verileri farklı oranlarda hafif elementler (S, C, O ve H) içeren sentetik demir alaşımlarıyla karşılaştırırlar. Laboratuvarda bu alaşımlar, Mars’ın iç kısmında bulunanlara eşdeğer yüksek sıcaklıklara ve basınçlara maruz bırakılıyor ve araştırmacıların sismik dalgaların yoğunluğunu ve hızını doğrudan ölçmesine olanak tanıyor.

Ancak şu anda deneylerin çoğu Dünya’nın iç kısmında geçerli olan koşullarda gerçekleştiriliyor ve bu nedenle Mars’a hemen uygulanamıyor. Sonuç olarak ETH Zürih’teki araştırmacılar farklı bir yaklaşıma yöneldiler. İsviçre’nin Lugano kentindeki İsviçre Ulusal Süper Hesaplama Merkezi’nde (CSCS) yürüttükleri kuantum mekaniksel hesaplamaları kullanarak çok çeşitli alaşımların özelliklerini hesapladılar.

Araştırmacılar hesaplanan profilleri InSight sismik verilerine dayanarak yaptıkları ölçümlerle karşılaştırdıklarında bir sorunla karşılaştılar. Mars’ın üst ve merkezindeki verilerle aynı anda eşleşen hafif demir alaşımlarının olmadığı ortaya çıktı. Örneğin, çekirdek ile manto arasındaki sınırda, demir alaşımının, çekirdeğin iç kısmında bulunandan çok daha fazla karbon içermesi gerekirdi.

Huang, “Daha önce dış sıvı demir çekirdek olarak düşündüğümüz bölgenin aslında çekirdek değil, mantonun en derin kısmı olduğunu fark etmemiz biraz zaman aldı” diye açıklıyor. Bunu desteklemek için araştırmacılar ayrıca Mars’ın çekirdeğinin en uzak 150 kilometresinde ölçülen ve hesaplanan sismik dalgaların yoğunluğunun ve hızının, Mars’ı oluşturan katı formdaki aynı malzeme olan sıvı silikatlarda bulunanlarla tutarlı olduğunu da buldular. ‘ örtü. .

Önceki Mars depremlerinin daha ileri analizleri ve ek bilgisayar simülasyonları bu bulguyu doğruladı. Ne yazık ki, tozlu güneş panelleri ve bunun sonucunda ortaya çıkan güç kesintileri, InSight iniş aracının Mars’ın iç kısmının bileşimi ve yapısına daha fazla ışık tutabilecek ek veriler sağlamasını imkansız hale getirdi. Khan, “Ancak InSight çok başarılı bir görevdi ve bize önümüzdeki yıllarda analiz edilecek birçok yeni veri ve öngörü sağladı” diyor.

Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi için NASA’nın InSight Lander’ı Erimiş Mars’ın Gizemini Ortaya Çıkarıyor başlıklı makaleye bakın.

Referanslar:

A. Khan, D. Huang, C. Durán, P. A. Sossi, D. Giardini ve M. Murakami tarafından yazılan “Mars’ın çekirdeğinin üzerinde sıvı silikat katmanına dair kanıt”, 25 Ekim 2023, doğa.
doi: 10.1038/s41586-023-06586-4

Henry Samuel, Melanie Drilio, Attilio Rivoldini, Zhongbo Xu, Quanxing Huang, Rafael F. Garcia, Vedran Lekic, Jessica C.E. Irving, James Badro, Philip H. Lugnonier, James Connolly, Taiichi Kawamura, Tamara Gudkova ve William B. Bannerd, 25 Ekim 2023, doğa.
doi: 10.1038/s41586-023-06601-8

NASA’nın Mars Insight misyonu

jet tahrik laboratuvarı (Jet Tahrik Laboratuvarı) NASA’nın Bilim Misyonu Direktörlüğü için InSight’ı yönetti. InSight, NASA’nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilen Keşif Programının bir parçasıdır. Lockheed Martin Space, seyir platformu ve iniş aracı da dahil olmak üzere InSight uzay aracını inşa etti ve görev için uzay aracı operasyonlarını destekledi.

Fransız Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi (CNES) ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) dahil olmak üzere bir dizi Avrupalı ​​ortak, InSight misyonunu destekliyor. Fransız Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi, IPGP’deki (Paris Institut Physique du Générale) baş araştırmacıyla birlikte İç Yapı Sismik Deneyi (SEIS) cihazını NASA’ya sundu. SEIS’e önemli katkılar IPGP’den geldi; Almanya’daki Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü (MPS); İsviçre’deki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH Zürih); Imperial College Londra Birleşik Krallık’taki Oxford Üniversitesi; Ve Jet Tahrik Laboratuvarı. Marsquake hizmeti, IPGP’nin önemli katkılarıyla ETH Zürih tarafından yönetiliyor; the Bristol Üniversitesi; İmparatorluk Koleji; ISAE (Yüksek Havacılık ve Uzay Enstitüsü); MPS. Ve Jet Tahrik Laboratuvarı. Isı Akışı ve Fiziksel Özellikler Paketi (HP3) aracı, Polonya Bilimler Akademisi Uzay Araştırma Merkezi’nin (CBK) ve Polonya’daki Astronica’nın büyük katkılarıyla DLR tarafından sağlandı. İspanyol Astrobiyoloji Merkezi (CAB), sıcaklık ve rüzgar sensörlerini sağladı.