На протяжении десятилетий планетологи считали Марс мертвым.
Геологически, т. Будучи меньше Земли, планета охлаждалась бы быстрее, чем наша, после своего образования. Какое-то время он был весьма вулканически активен. Предполагалось, что когда внутренняя температура постепенно снижалась, уменьшалась и способность планеты генерировать крупномасштабную геологическую активность, такую как огромные вулканы и «марсотрясения».
Однако новые открытия опровергают это убеждение. Так уж получилось, что Марс только по большей части мертвый. Ученые обнаружили, что большой регион на Марсе был подвержен землетрясениям и даже умеренной вулканической активности в недавние геологические времена, что указывает на что-нибудь заваривается под поверхностью. Но что?
Изучив данные нескольких автоматических миссий на Марс, группа ученых-планетологов пришла к поразительному выводу, что огромная башня горячего материала, движущаяся вверх в мантии планеты, давит на кору снизу, создавая давление, которое растрескивает поверхность и вызывает тектоническая активность. Названный мантийным плюмом, он может быть относительно новой особенностью недр Марса, имеющей аналоги на Земле. Это может даже иметь значение для существующей жизни на Марсе — или, точнее, внутри это. Работа была опубликована в декабре 2022 года в Астрономия природы.
Когда-то Марс был сильно вулканической планетой. Поверхность до сих пор усеяна древними курганами, в том числе холмом Олимп. Это чудовище имеет диаметр более 600 километров, что примерно равно длине штата Колорадо, и возвышается на 21 километр над средней высотой поверхности своей планеты, что примерно в два с половиной раза выше горы Эверест. Хотя другие вулканы на Марсе меньше, они все же гиганты, и все они ужасно старые.
Крупномасштабный вулканизм на Марсе начался еще до того, как планете исполнился миллиард лет, и был активен примерно миллиард лет после этого. В глобальном масштабе после этого вулканообразование почти прекратилось. Есть свидетельства некоторых потоков лавы на горе Олимп, которые датируются всего несколько миллионов лет назад, но это были небольшие события и, вероятно, были спорадическими. Около трех миллиардов лет назад закончилась эра строительства действующих вулканов на Марсе. Для сравнения, большинству действующих вулканов на Земле меньше миллиона лет.
До недавнего времени ученые считали, что это конец истории вулканизма на Красной планете. Однако космический аппарат, вращающийся вокруг Марса, сделал снимки с высоким разрешением, которые показывают, что последняя глава еще не написана. В области, называемой Cerberus Fossae, на поверхности есть большое количество трещин (ямки — это траншеи или трещины), и одна из таких особенностей имеет темные полосы материала, тянущиеся вдоль нее на десятки километров. Измерения с орбиты показывают, что материал насыщен пироксенами, минералами, распространенными в вулканической лаве. Поразительно, но эти оттоки могли произойти всего лишь десятки тысяч лет назад. Это недавно по планетарному времени и указывает на продолжающуюся активность под поверхностью.
Более того, в 2018 году посадочный модуль НАСА InSight приземлился в обширном регионе Elysium Planitia, примерно в 1600 километрах от Cerberus Fossae. В рамках миссии по измерению того, что происходит под марсианской поверхностью, у InSight был сейсмометр, который за годы работы обнаружил сотни небольших марсотрясений, а также несколько марсотрясений средней мощности. Подавляющее большинство из них, по-видимому, пришло со стороны Цербер Фоссе. Опять же, эта активность указывает на то, что марсианская мантия, возможно, еще не полностью мертва.
В новом Астрономия природы исследования, ученые сосредоточить внимание на этой области Марса. Большая часть поверхности планеты имеет признаки сжатия, такие как морщинистые гребни, которые образуются, когда поверхность планеты сжимается при охлаждении. Elysium Planitia, напротив, представляет собой выпуклость на поверхности, рассматриваемую как свидетельство растяжения: растяжение коры по мере расширения локальной области. Трещины, образующие Cerberus Fossae, представляют собой трещины, в которых кора раскололась из-за этого расширения. Ученые также отмечают, что дно ударных кратеров, образовавшихся много миллионов лет назад, наклонено в сторону от центра выпуклости, чего можно было бы ожидать, если бы они образовались до того, как поверхность вытолкнулась вверх. Вместе эти результаты показывают, что то, что вызвало подъем, относительно молодо.
Все эти свидетельства согласуются с мантийным плюмом. Основная идея шлейфа может быть вам знакома, если вы когда-либо наблюдали за кипением воды или полетом воздушного шара: горячий материал поднимается, а холодный опускается в процессе, называемом конвекцией. Ядро планеты горячее, а мантия над ним несколько холоднее, поэтому материал, нагретый в основании мантии, поднимается вверх.
Суть здесь в том, что большая часть мантии Марса (и Земли) на самом деле твердая; это заблуждение, что это жидкость. Но конвекция может работать даже в твердом теле. Силикатный материал, составляющий основную часть мантии, является кристаллическим, и в кристаллическом узоре могут быть изъяны и разрывы. Под огромным давлением глубоко под землей атомы материала внизу могут заполнить эти трещины в процессе, известном как ползучесть дислокаций. Таким образом, более горячий материал, находящийся рядом с ядром, может медленно подниматься вверх, по сути, течь. Это чрезвычайно медленный процесс; Земная мантия течет со средней скоростью порядка нескольких сантиметров в год, примерно со скоростью, с которой растут ваши ногти.
Точно неясно, как образуются мантийные плюмы. В основании мантии над ядром более горячее, чем обычно, пятно может создать область более сильной конвекции, где материал течет более стесненным столбом. Этот шлейф поднимается на поверхность в течение десятков или сотен миллионов лет. Когда он приближается к корке, давление намного ниже, и твердый материал может разжижаться. Он распространяется, образуя грибовидную шапку, которая упирается в кору, вызывая особенность расширения, подобную той, что наблюдается в Elysium Planitia.
Этот сценарий объяснил бы практически все аномалии в ямках Цербера: поднятие, трещины, извержения вулканов, землетрясения. Измерения гравитационного поля Марса даже показывают, что поле немного слабее под Cerberus Fossae, что согласуется с тем, что мантия с более низкой плотностью выталкивается к коре. Эти находки показывают, что поднятие поддерживается очень глубоко под землей.
Ученые использовали компьютерные модели для моделирования геофизики Марса и обнаружили, что шлейф, который на 95–285 градусов Цельсия горячее и немного менее плотный, чем окружающая мантия, мог бы добиться цели, если бы он находился почти прямо под ямками. Он образовал бы шапку, простирающуюся на несколько тысяч километров, и подтолкнул бы кору примерно на километр, снова совпадая с Cerberus Fossae. Это также может быть молодой особенностью: активность внутри и вокруг Cerberus Fossae, по-видимому, началась примерно 350 миллионов лет назад, спустя много времени после того, как все остальные крупномасштабные двигатели внутри планеты фактически отключились.
Хотя модель шлейфа прекрасно соответствует наблюдаемым данным, ученые признают, что могут быть и другие объяснения. Например, кусок мантийного материала с немного более низкой плотностью может просто находиться под этим регионом, что может объяснить показания гравитации, хотя это не объясняет подъем или что-то еще. Идея, которая покрывает большую часть земли, буквально представляет собой мантийный шлейф.
Если гипотеза окажется верной, то это действительно важная новость. Во-первых, делая многие выводы о недрах Марса, ученые исходили из того, что Elysium Planitia скучна — просто еще одно место на Марсе. Если он находится на вершине огромного шлейфа горячего материала с низкой плотностью, это меняет то, как мы должны интерпретировать сейсмические измерения InSight.
И хотя сейчас это немного натянуто, шлейф может иметь последствия для жизни. Ученые долгое время считали, что вода под марсианской поверхностью принимает форму льда, но теплый шлейф мантии может нагревать карманы с водой достаточно, чтобы сделать ее жидкой. Жизни на Земле нужна вода в жидком состоянии, поэтому было бы не так уж глупо рассматривать возможность существования биологии глубоко под поверхностью Марса.
В этом случае Марс может быть не совсем мертвым ни в геологическом, ни в более общем биологическом смысле. Мы только начали понимать истинную природу Красной планеты, и чем больше мы смотрим, тем больше мы обнаруживаем, что в ней еще осталось немного силы.
Это статья с мнением и анализом, и взгляды, выраженные автором или авторами, не обязательно совпадают с мнениями Научный американец.
