Bilim insanları Mars toprağının neden bu kadar kabuklu olduğunu çözdü

26 Kasım 2018’de NASA’nın Sismik Araştırmalar, Jeodezi ve Isı Taşımacılığı (InSight) kullanan İç Keşif misyonu Mars’a indi. Bu, Mars keşfinde önemli bir dönüm noktasıydı çünkü gezegenin içini araştırmak üzere yüzeye ilk kez bir araştırma istasyonu konuşlandırılmıştı.

InSight’ın bunu yapmak için kullanacağı en önemli araçlardan biri Isı Akışı ve Fiziksel Özellikler Paketi (HP) idi.³) Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) tarafından geliştirilmiştir. Mars Köstebeği olarak da bilinen bu alet, dört yıl boyunca gezegenin derinliklerinden gelen ısı akışını ölçtü.

HP³ Mars’ın iç kısmındaki ısıyı daha derinden algılamak için yüzeye beş metreye (~16,5 ft) kadar kazmak üzere tasarlandı. Ne yazık ki Köstebek kendisini kazmaya çabaladı ve sonunda yüzeyin hemen altına indi ki bu da bilim insanları için sürpriz oldu. Yine de Mole, yüzeyin altındaki günlük ve mevsimsel dalgalanmalara ilişkin önemli veriler topladı.

Bu verilerin Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’nden (DLR) bir ekip tarafından analizi, Mars toprağının neden bu kadar “kabuklu” olduğuna dair yeni bir anlayış ortaya çıkardı. Bulgulara göre, Mars yüzeyinin en üst 40 cm’sindeki (~16 inç) sıcaklıklar, toprağı sertleştiren tuz filmlerinin oluşmasına yol açıyor.

Yayınlandı dergide Jeofizik Araştırma MektuplarıAnaliz, HP’nin gözetiminden sorumlu olan Köln’deki DLR Uzay Operasyonları ve Astronot Eğitim Enstitüsü’nün Mikro Yerçekimi Kullanıcı Destek Merkezi’nden (MUSC) bir ekip tarafından gerçekleştirildi.³ deney.

İç kısımdan elde edilen ısı verileri, Mars’ın jeolojik evrimini anlamak ve çekirdek bölgesi hakkındaki teorileri ele almak için tamamlayıcı olabilir. Şu anda, bilim adamları Mars’taki jeolojik aktivitenin Hesperian döneminin sonlarında (yaklaşık 3 milyar yıl önce) büyük ölçüde durduğundan şüpheleniyorlar, ancak bugün lavların hala orada aktığına dair kanıtlar var.

Bunun nedeni muhtemelen Mars’ın daha düşük kütlesi ve daha düşük basıncı nedeniyle iç kısmının daha hızlı soğumasıydı. Bilim insanları bunun Mars’ın dış çekirdeğinin katılaşmasına, iç çekirdeğinin ise sıvı hale gelmesine neden olduğunu öne sürüyor; ancak bu hala açık bir soru.

DLR ekibi, InSight tarafından elde edilen yüzey altı sıcaklıklarını yüzey sıcaklıklarıyla karşılaştırarak kabuktaki ısı aktarım hızını (termal yayılım) ve termal iletkenliği ölçebildi. Böylece Mars toprağının yoğunluğu ilk kez tahmin edilebildi.

Ekip, toprağın en üstteki 30 cm’lik (~12 inç) yoğunluğunun bazaltik kumla karşılaştırılabilir olduğunu belirledi; bu, yörünge aracı verilerine dayanarak beklenmeyen bir şeydi. Bu malzeme Dünya’da yaygındır ve demir ve magnezyum açısından zengin volkanik kayaların aşınmasıyla oluşur.

Bu katmanın altındaki toprak yoğunluğu, konsolide kum ve daha kaba bazalt parçalarıyla karşılaştırılabilir. HP’nin baş araştırmacısı Tilman Spohn³ DLR Gezegensel Araştırma Enstitüsü’ndeki deney, bir DLR basın bülteninde şöyle açıklandı:

“Toprağın mekanik özellikleri hakkında fikir sahibi olmak için, onu çiçekçilikte çiçek aranjmanlarında yaygın olarak kullanılan çiçek köpüğüyle karşılaştırmayı seviyorum. Bitki sapları içine bastırıldığında içinde delikler oluşan hafif, oldukça gözenekli bir malzemedir. … Yedi Mars günü boyunca, kısa aralıklarla termal iletkenliği ve sıcaklık dalgalanmalarını ölçtük.

“Ek olarak, ikinci Mars yılı boyunca sürekli olarak en yüksek ve en düşük günlük sıcaklıkları ölçtük. 40 santimetre uzunluğundaki termal sondanın derinliğindeki ortalama sıcaklık -56°C (217,5 Kelvin) idi. Bu kayıtlar, sıcaklık eğrisini belgeliyor. günlük döngüler ve mevsimsel değişimlerle ilgili gözlemler Mars’ta türünün ilk örneğiydi.”

Kabuklarla kaplı Mars toprağı (diğer adıyla “duricrust”) 20 cm (~8 inç) derinliğe kadar uzandığından, Köstebek 40 cm’den (~16 inç) biraz daha fazlasına nüfuz etmeyi başardı; bu da 5 m’den (~16 inç) oldukça kısadır. 16,5 ft) objektif. Bununla birlikte, bu derinlikte elde edilen veriler, Mars’taki ısı taşınımına dair değerli bilgiler sağladı.

Buna göre ekip, bir Mars günü boyunca yer sıcaklıklarının yalnızca 5°C ila 7°C (9°F ila 12,5°F) kadar dalgalandığını buldu; bu, yüzeyde gözlemlenen dalgalanmaların çok küçük bir kısmıdır (110°C ila 130°C). (230°F ila 266°F).

Mevsimsel olarak, yüzeye yakın katmanlarda Mars’taki suyun donma noktasının altında kalırken 13°C (~23,5°F) sıcaklık dalgalanması gözlemlediler. Bu, Mars toprağının mükemmel bir yalıtkan olduğunu ve sığ derinliklerdeki büyük sıcaklık farklarını önemli ölçüde azalttığını gösteriyor.

Bu, Mars toprağının esneklik, ısıl iletkenlik, ısı kapasitesi, içindeki malzemenin hareketi ve sismik dalgaların bunların içinden geçme hızı gibi çeşitli fiziksel özelliklerini etkiler.

Spohn, “Sıcaklığın aynı zamanda toprakta meydana gelen kimyasal reaksiyonlar, atmosferdeki gaz molekülleri ile alışveriş ve dolayısıyla Mars’taki olası mikrobiyal yaşama ilişkin potansiyel biyolojik süreçler üzerinde de güçlü bir etkisi vardır” dedi. “Mars toprağının özelliklerine ve gücüne ilişkin bu bilgiler, Mars’ın gelecekteki insan keşifleri için de özellikle ilgi çekicidir.”

Ancak özellikle ilginç olan şey, kış ve ilkbahar aylarında sıcaklık dalgalanmalarının günde 10 saat boyunca (atmosferde yeterli nem olduğunda) tuzlu tuzlu su oluşumuna nasıl olanak sağladığıdır. Bu nedenle, bu tuzlu suyun katılaşması, yüzeyin altındaki dayanıklı tabakanın en muhtemel açıklamasıdır. Bu bilgi, gelecekteki misyonlar Mars’ı keşfederken ve Kızıl Gezegenin tarihi hakkında daha fazla bilgi edinmek için yüzeyin altını araştırmaya çalışırken çok yararlı olabilir.