Naukowcy odkryli tajemniczą anomalię kryjącą się głęboko pod powierzchnią na południowej półkuli Marsa. To zaskakujące odkrycie rzuca nowe światło na historię Marsa i okresy, w których mogły panować na nim warunki sprzyjające życiu.
Mars z zewnątrz wygląda jak planeta podzielona na dwie części. Teraz okazuje się, iż podobny podział może sięgać znacznie głębiej. Analiza pola grawitacyjnego Czerwonej Planety wskazuje, iż jej południowa półkula skrywa znacznie cieplejsze wnętrze niż północna, a różnica temperatur może sięgać choćby 400 stopni Celsjusza.
Temperatura wnętrza Marsa wpływała na jego aktywność geologiczną, sposób przepływu ciepła, zachowanie płaszcza, a pośrednio również na warunki panujące na powierzchni. Wyniki badań opublikowane w czasopiśmie Nature mogą więc pomóc lepiej zrozumieć, jak wyglądała ewolucja Marsa i dlaczego w odległej przeszłości mógł być światem znacznie bardziej przyjaznym wodzie i potencjalnie życiu.
Mars jest podzielony na dwie bardzo różne półkule
Różnice między północą a południem Marsa są widoczne choćby na zdjęciach wykonanych z orbity. Południowa część planety jest znacznie bardziej górzysta i pokryta licznymi kraterami. Północ zdominowana jest natomiast przez rozległe, nisko położone równiny.
Ta wielka różnica, określana jako marsjańska dychotomia półkul, od lat jest jednym z najważniejszych problemów w badaniach geologii Czerwonej Planety. Naukowcy podejrzewali, iż przyczyn należy szukać nie tylko na powierzchni, ale również głęboko pod nią.
Nowe badania dostarczają kolejnego elementu tej układanki. Okazuje się, iż podział Marsa na północ i południe ma również inny wymiar. Wnętrze południowej półkuli jest według obliczeń od około 200 do 400 stopni Celsjusza cieplejsze niż odpowiadające mu obszary północnej części planety.
Dane wskazują, iż część południowego wnętrza Marsa może znajdować się w stanie częściowego stopienia. Nie oznacza to oczywiście, iż pod powierzchnią istnieje rozległe morze magmy. Chodzi o niewielką ilość stopionego materiału obecnego w bardzo gorącym obszarze płaszcza.
Grawitacja pozwoliła zajrzeć pod powierzchnię Marsa
Jak naukowcy mogli wykryć coś, czego nie da się bezpośrednio zobaczyć? Pomogła grawitacja.
Badacze wykorzystali dane zbierane przez trzy marsjańskie sondy – Mars Global Surveyor, Mars Odyssey oraz Mars Reconnaissance Orbiter. Każda z nich krążyła wokół Czerwonej Planety i w trakcie swojej pracy dostarczała informacji o jej polu grawitacyjnym.
Grawitacja Marsa nie wszędzie jest identyczna. Jej niewielkie różnice wynikają między innymi z nierównomiernego rozmieszczenia masy we wnętrzu planety. Sondy wykrywają te zmiany jako bardzo drobne różnice w prędkości i orbicie. Dla odpowiednio precyzyjnych pomiarów stanowią cenną informację o tym, co znajduje się pod powierzchnią.
Zespół kierowany przez Alexandra Berne’a z Caltech, wykorzystał opracowany przez niego model do odtworzenia struktury wnętrza Marsa. najważniejsze znaczenie miała przy tym metoda określana jako tomografia pływowa.
Orbita Marsa nie jest idealnym okręgiem, a jego oś obrotu jest nachylona. W efekcie oddziaływanie grawitacyjne Słońca na planetę zmienia się wraz z porami marsjańskiego roku.
Te niewielkie zmiany wywołują charakterystyczne sygnały w polu grawitacyjnym. Analizując je w czasie, naukowcy mogą wyciągać wnioski dotyczące adekwatności materiału znajdującego się głęboko pod powierzchnią.
To trochę jak badanie wnętrza Ziemi dzięki fal sejsmicznych, z tą różnicą, iż tutaj źródłem informacji są zmiany grawitacyjne. Metoda pozwala spojrzeć na planetę w trzech wymiarach i sprawdzić, czy jej wnętrze rzeczywiście jest tak symetryczne, jak często zakładają modele.
Okazuje się, iż nie jest.
Wnętrza planet nie muszą być idealnie symetryczne – wskazują autorzy badań. Im więcej dokładnych danych grawitacyjnych udaje się zebrać, tym lepiej można odtworzyć skomplikowaną strukturę ukrytą pod powierzchnią.
Cieplejsze południe może wyjaśniać kolejne zagadki
Odkrycie termicznej asymetrii dobrze pasuje do innych obserwacji Marsa. Jedną z nich są nietypowe anomalie magnetyczne występujące przede wszystkim na południowej półkuli.
Mars nie ma w tej chwili globalnego pola magnetycznego podobnego do ziemskiego. Jego powierzchnia zachowała jednak ślady dawnego pola magnetycznego. Są one szczególnie wyraźne w południowych regionach planety, gdzie niektóre minerały zawierające żelazo zostały namagnesowane miliardy lat temu.
Cieplejsze wnętrze mogło mieć związek z procesami, które zachodziły w młodym Marsie, gdy planeta była znacznie bardziej aktywna. Nie oznacza to jeszcze, iż naukowcy znaleźli jednoznaczną przyczynę dawnych zmian pola magnetycznego, ale nowy model daje kolejną wskazówkę, którą można uwzględnić w przyszłych badaniach.
Do tego dochodzą wyniki misji InSight. Sejsmometr znajdujący się na powierzchni Marsa wykazał, iż fale sejsmiczne rozpraszają się szybciej w południowej części planety. Wyższa temperatura wnętrza może być jednym z wyjaśnień tego zjawiska.
Co podgrzało południową półkulę Marsa?
Najciekawsze pytanie pozostaje jednak bez odpowiedzi. Naukowcy wiedzą już, iż południowe wnętrze Marsa jest cieplejsze, ale przez cały czas nie mają pewności, dlaczego tak się stało.
Jednym z możliwych scenariuszy jest potężne uderzenie, które we wczesnej historii planety mogło doprowadzić do uwolnienia ogromnych ilości energii i zmienić strukturę termiczną jej wnętrza. Taki scenariusz pasowałby do niezwykle gwałtownej historii młodego Marsa, który w pierwszych setkach milionów lat istnienia Układu Słonecznego był znacznie częściej bombardowany przez duże obiekty.
Inną możliwością jest dawna konwekcja w płaszczu. Gorący materiał mógł przemieszczać się w jego wnętrzu w sposób, który przez bardzo długi czas utrzymywał różnicę temperatur między północą i południem.
Naukowcy biorą pod uwagę także trzeci wariant. Niektóre bardzo grube struktury geologiczne mogły działać jak izolacja i utrudniać ucieczkę ciepła z południowej części planety. W takim przypadku obecna asymetria byłaby pozostałością procesów zachodzących bardzo dawno temu.
Prawdopodobne jest również to, iż rzeczywista historia Marsa była bardziej skomplikowana i na obecny stan jego wnętrza wpłynęło kilka różnych procesów.
Ciepłe wnętrze Marsa mogło mieć znaczenie dla wody
Dlaczego adekwatnie temperatura wnętrza planety ma znaczenie dla poszukiwania śladów dawnego życia? Odpowiedź prowadzi na powierzchnię Marsa.
Dziś Czerwona Planeta jest zimnym i suchym światem. Jej powierzchnia zachowała jednak liczne ślady obecności ciekłej wody w przeszłości. Widać dawne doliny rzeczne, kanały odpływowe oraz baseny, w których mogły znajdować się jeziora.
Aktywność wnętrza planety ma wpływ na jej powierzchnię. Procesy zachodzące w płaszczu mogą kształtować skorupę, wpływać na powstawanie basenów i zmieniać sposób, w jaki woda mogła przemieszczać się po powierzchni oraz pod nią.
Amirhossein Bagheri, współautor pracy i były członek zespołu misji InSight, mówi, iż różnica między północą a południem jest istotna również z punktu widzenia historii hydrologicznej Marsa. – To właśnie wielkie różnice wysokości i struktury geologicznej obu półkul mogły wpływać na to, gdzie woda gromadziła się miliardy lat temu – dodaje.
Nie oznacza to jednak, iż nowe badanie jest dowodem na istnienie życia na Marsie. Dostarcza raczej informacji o warunkach, które mogły w przeszłości sprzyjać powstawaniu i utrzymywaniu środowisk potencjalnie nadających się do zamieszkania.
Nowe badania pokazują, iż obserwowanie Marsa z orbity może powiedzieć zaskakująco dużo o tym, co znajduje się wiele kilometrów pod jego powierzchnią. Grawitacja, ruch sond i zmiany wywoływane przez oddziaływanie Słońca pozwalają stopniowo tworzyć coraz dokładniejszy obraz wnętrza Czerwonej Planety.
Główna ilustracja: Wizja artystyczna ciepłego, południowego wnętrza Marsa. Źródło: Koncepcja artystyczna: NASA / Theophilus Britt Griswold
