Там, у самому серці Червоної планети, сейсмічні дані InSight виявили суцільну масу діаметром близько 600 кілометрів (373 милі). Це не тільки суперечить попереднім даним про те, що ядро наскрізь м'яке, а й суперечить нашому сучасному розумінню складу марсіанського ядра.
Результати дослідження опубліковані у журналі Nature.
"Наявність твердого внутрішнього ядра для Марса була чимось незвичайним", - розповіла ScienceAlert група вчених під керівництвом сейсмолога Хуейсіна Бі з Китайського університету науки й технологій.
«Ранні дослідження показали, що марсіанське ядро містить значну кількість легких елементів, що знижує температуру солідуса і робить малоймовірною його кристалізацію з огляду на його відносно високу температуру».
Лише останні кілька років вчені змогли скласти карту внутрішньої структури Червоної планети. Це пов'язано з тим, що посадковий модуль NASA Insight оснащений сейсмометром, який може реєструвати хвилі, що виникають під час землетрусів і падіння метеоритів, коли вони відскакують від поверхні планети, по-різному реагуючи на різну щільність речовини.
Результат схожий на «рентген» розміром із планету, що тільки складається з акустичних хвиль.
InSight провів чотири роки, з 2018 по 2022 рік, спостерігаючи за тряскою в надрах Марса, збираючи дані про сотні подій. Ці дані дозволили скласти першу докладну внутрішню карту Марса, яка виявила структуру, схожу на земну: тверду кору, розплавлену мантію та щільне ядро в центрі.
Однак між Землею і Марсом є низка істотних відмінностей, пов'язаних із внутрішньою будовою планети, і саме тому Бі та його колеги хотіли отримати більше інформації про імовірно м'яке і пластичне ядро Марса.
«На відміну від Землі, Марс сьогодні не має глобального магнітного поля», — пояснили дослідники.
Натомість частини його кори сильно намагнічені, що говорить нам про те, що в далекому минулому у Марса було магнітне поле. Глобальне магнітне поле планети живиться від «динамо» у її ядрі, яке залежить від поєднання теплової та композиційної конвекції в рідкому зовнішньому ядрі.
На Землі легкі елементи здебільшого залишаються в рідині під час кристалізації ядра, що призводить до утворення залишкової плавучої рідини на межі внутрішнього ядра. Вважається, що цей механізм відіграє важливу роль у підтримці магнітного поля Землі сьогодні. Навпаки, для Марса, як видається, все працює по-іншому».
Дослідження земних шарів засновані на даних про землетруси, отримані з кількох сейсмічних станцій. На Марсі ж апарат InSight знаходився лише в одному місці. Щоб компенсувати це, дослідники спиралися на дані про ударні події, коли великі каміння, ударяючись об марсіанську поверхню, викликають акустичні хвилі, що розповсюджуються планетою.
Вони виявили 23 ударні події з високим відношенням сигнал/шум і використовували методи аналізу сейсмічних масивів, які зазвичай застосовуються до даних з кількох станцій на Землі.
"Цей підхід дозволив нам виділити конкретні сейсмічні фази на основі способу їх приходу на станцію, із зазначенням кутів падіння та часу прибуття", - заявили дослідники. "Таким чином, ми змогли виявити хвилі, що проходять через центр ядра Марса, і відображення від кордону внутрішнього ядра, що забезпечує критично важливі дані для спостереження за твердим внутрішнім ядром".
Склад марсіанського ядра, мабуть, дещо відрізняється від земного. Марсіанське ядро також здебільшого складається із заліза, але з вищою часткою сірки, кисню і вуглецю — легших елементів, які теоретично повинні знизити температуру затвердіння суміші, що визначається межею, яка називається солідус.
Оскільки ядро Марса значно гарячіше за цю температуру, вчені вирішили, що ядро має бути м'яким на всьому протязі.
Сейсмічні хвилі класифікуються залежно від цього, як вони поширюються у внутрішніх частинах планети. P-хвилі – найшвидші, вони проходять через кору та мантію. K-хвилі - це хвилі, що пройшли через зовнішнє ядро планети. I-хвилі - це хвилі, що пройшли через внутрішнє ядро, а мала буква i позначає хвилю, що відбилася від зовнішньої межі внутрішнього ядра.
Ці літери можна поєднати, щоб описати шлях хвилі; Наприклад, хвилі PKiKP проходять через мантію, проникають у зовнішнє ядро, відбиваються від внутрішнього ядра, виходять назад через зовнішнє ядро і потім у мантію.
У своїх даних дослідники виявили не одну, а кілька хвиль, які вказують на наявність твердого внутрішнього ядра Марса.
«Виявлення хвилі PKiKP саме по собі є переконливим доказом, але ми також бачимо, що PKKP приходить раніше, ніж очікувалося, що є додатковим підтвердженням. Крім того, наша модель передбачає – і наші дані підтверджують – інші фази, пов'язані з внутрішнім ядром, включаючи PKiKP на великих відстанях, PKIIKP і навіть нову гілку PKPPKP, яка проходить через внутрішнє ядро», – пояснили вони.
«Ці множинні фази мають вирішальне значення, оскільки вони взаємно підтверджують одна одну і всі вони послідовно вказують на той самий висновок: у Марса дійсно тверде внутрішнє ядро».
Як саме це може відбуватися, нині незрозуміло. Необхідно провести моделювання для вивчення температури, тиску та складу, а також розподілу важких та легких елементів, щоб спробувати відтворити результати, отримані групою.
Проте результати вражають. Подальші дослідження можуть призвести до глибшого розуміння того, як Марс втратив свою динамічну машину і своє глобальне магнітне поле. Вони також можуть пролити світло на еволюцію кам'янистих планет, які, на думку вчених, найімовірніше є середовищем проживання відомого нам життя.
"Розмір і властивості внутрішнього ядра Марса є найважливішим орієнтиром для розуміння теплової та хімічної еволюції планети", - заявили дослідники.
«Для отримання чіткішої картини формування внутрішнього ядра та її впливу на історію магнітного поля Марса потрібно більш детальне моделювання, в ідеалі у межах порівняльної планетології».
