Astronomická společnost Chomutov
další články 
+ 
kosmologie
přidáno 01.08.2021
Marsotřesení
Rudá planeta má tenkou půdu a měkké jádro
Pod záštitou ETH (vysoká technická škola) Curych zkoumali vědci vnitřní fungování naší sousední planety. Chtějí pochopit, proč se Mars vyvíjel tak odlišně než Země.
Přistávací modul NASA Insight se používá na Marsu s měřicími zařízeními. Polokoule v popředí je přístroj na měření otřesů půdy "Seis"
Zatímco se Mars Rover Perseverance americké vesmírné agentury NASA připravuje na odběr povrchních vzorků hornin, Insight se dívá do hlubin. Přístroj Insight přistálo poblíž marťanského rovníku v listopadu 2018. Začátkem roku 2019 přiložil své "ucho"k marťanské půdě senzor na detekci otřesů půdy Seis, které pomohlo vyvinout ETH Curych.
Podobně jako lékař se stetoskopem u pacienta naslouchá Seismic Experiment for Interior Structure (Seis) do nitra Marsu. K tomu registruje jemné signály otřesů: detektor ve tvaru kopule nyní zaregistroval více než 1 000 otřesů půdy na Marsu (Marsotřesení).
Nyní informuje několik mezinárodních výzkumných týmů pod vedením ETH Curych o tom, co tyto signály vypovídají o nitru Marsu. Jednoduše řečeno, Mars má nečekaně tenkou kůru, poměrně silnou pevnou horní část pláště a mnohem větší a lehčí jádro, než se očekávalo. Podrobnosti vysvětlují tři články publikované v časopise Science.
Mohl by podobný osud jako na Marsu ohrozit Zemi?
"Přestože Mars a Země byly v době svého vzniku velmi podobná nebeská tělesa, Mars prošel úplně jiným vývojem než Země," říká Domenico Giardini, profesor seismologie a geodynamiky na ETH Curych, který tyto studie vede a podílí se na všech třech publikacích. „Nakonec chceme lépe pochopit, proč tomu tak je, a zda by Země mohla čelit podobnému osudu jako Mars.“
Jak říká Giardini, vědci museli postupovat ve svých studiích jako ve hře na hledání pokladu: nejprve museli najít první stanici. Ta obsahovala znalosti o plášti Marsu a informace o cestě k druhé stanici: jádru planety. A tak dále. Pokladem, který je třeba objevit, je porozumění původu a vývoji rudé planety.
První hlavní etapou bylo zjistit něco bližšího o hlubších strukturách Marsu. Ze silnějších otřesů půdy byli vědci schopni detekovat pouze takzvané prostorové vlny, které cestují do nitra Marsu. Tam, kde se struktura mění, se prostorové vlny odrážejí a částečně se dostávají na povrch u "Seisu". Tyto silné otřesy půdy však nespustily žádné takzvané povrchové vlny. Vědci mají podezření že důvodem je, že otřesy půdy jsou příliš slabé a příliš hluboké. Takže chyběl rozhodující zdroj informací: pouze kombinace obou typů vln může poskytnout přesnější informace o rychlosti šíření vln a vlastnostech vnitřních vrstev Marsu.
Ozvěna zemětřesení jako důležitý zdroj informací
„Vyřešení tohoto problému nám trvalo více než rok,“ říká Giardini. Spočívalo to v prozkoumání téměř tuctu 43 silných hlubokých otřesů půdy na Marsu registrovaných doposud s nejjasnějšími signály. Protože se tyto odrážely tam a zpět mezi vnitřními strukturami Marsu a marťanským povrchem jako ozvěna. „Z těchto ozvěn jsme byli schopni odvodit informace o rychlosti šíření, a tedy o chemii a teplotě pláště,“ říká Amir Khan, hlavní autor příslušné studie . Khan provádí výzkum jak na ETH, tak na univerzitě v Curychu.
Nejsilnější Marsotřesení zaznamenaná Seismometrem Seis pocházejí z oblasti zvané Cerberus Fossae , přibližně 1000 kilometrů dlouhé příkopové stavby.
To byla první zastávka při hledání pokladu. Poskytovala informace o struktuře pláště až do hloubky asi 800 kilometrů. Plášť je proto velmi tuhý až do hloubky 500 kilometrů a patří tak k takzvané litosféře planety. „Celkově je plášť Marsu jednodušší verze pláště Země,“ říká Khan. „ Ale o hlubším plášti do hloubky kolem 1 500 kilometrů zatím víme jen málo.“
Jakmile byla známa rychlost šíření vln v plášti, vědci byli schopni hledat konkrétně vlny, které se odrážely od jádra. K tomu hledali speciální prostorové vlny, takzvané smykové vlny. Ty se nemohou šířit v kapalinách. Proto nepronikají do kapalného planetárního jádra. Podle očekávání se jádro Marsu sestává z tekutého železa a niklu. „A nyní to víme jistě,“ říká Giardini.
Proč jádro znečišťovaly lehké prvky jako síra a vodík?
Poloměr jádra je asi 1830 km, jak to výzkumní pracovníci oznámili „Science“. To je o něco více než polovina vzdálenosti od povrchu ke středu planety - podobný poměr velikosti mezi jádrem a celou planetou jako u Země. To znamená, že jádro Marsu je zaprvé větší a zadruhé mnohem lehčí, než se očekávalo. To také znamená: „Kromě těžkých prvků, jako je železo a nikl, musí být v jádru také lehčí prvky, jako je síra, uhlík, kyslík a vodík,“ říká Simon Stähler z Geofyzikálního ústavu ETH v Curychu v základní studii. Velká otázka nyní zní: Jak mohou tyto lehké prvky „znečišťovat“ jádro? Podle Stählera je součástí vysvětlení to, že Mars byl vytvořen dříve než Země a z jiného materiálu.
Tekuté planetární jádro představuje pro vědce další hádanku: mělo generovat magnetické pole. „Magnetické pole na Marsu bylo velmi aktivní asi miliardu let,“ říká Giardini. "Pak to zmizelo. Nevíme proč. "
Nyní vědci hledají signály z otřesů na druhé straně planety, jejichž vlny pronikají do jádra, aby se o nich dozvěděli více. Protože nedostatek magnetického pole je rozhodujícím faktorem, který odlišuje Mars od Země: Bez magnetického pole neexistuje ochrana před slunečním větrem. To postupně vyfouklo kdysi existující atmosféru Marsu do vesmíru a značně ji ztenčilo.
Selfie z Insight na Marsu.
Třetí studie se týká kůry Marsu. Za tímto účelem zkoumali vědci pracující s Brigitte Knapmeyer-Endrun ze zemětřesné stanice Bensberg na univerzitě v Kolíně nad Rýnem poměrně slabé otřesy vysokofrekvenčními signály. Jejich původ spočívá v mělké hloubce v kůře Marsu. Tyto otřesy jsou doslova uvězněny v kůře a téměř netlumeně se šíří.
Tyto studie pomáhají lépe porozumět jiným planetám a exoplanetám
„Ukázalo se, že kůra je mnohem tenčí, než se očekávalo,“ říká Giardini, který se této studie také účastní. Má tloušťku mezi 24 a 45 kilometry. Modely předpovídaly tloušťku mezi 30 a 90 kilometry.
„Tyto tři studie silně upřesňují možné vnitřní struktury dnešního Marsu“ píšou Sanne Cottaar a Paula Koelemeijer z University of Cambridge publikovaném v článku „ Science “, který klasifikuje tyto tři studie. „To zlepšuje naše chápání toho, jak byla planeta vytvořena před miliardami let a jak se vyvíjela v průběhu času.“ Podle Stählera jsou současné studie velmi užitečné pro vytváření modelů formování planet. „To nám pomáhá lépe porozumět jiným planetám nebo exoplanetám podobným Zemi, na kterých nemůžeme nikdy přistát a provozovat měření otřesů.“
Další stanicí je podle Giardiniho přesná distribuce vody. Výskyty jsou známy na pólech. Není však jasné, v jakých hloubkách a v jakém množství se voda ve vnitřku Marsu nachází. „I zde musíme nejprve jednu otázku vyjasnit, než budeme moci řešit další,“ říká Giardini. Stejně jako při honbě za pokladem.
Joachim Laukenmann