InSight misyonu tarafından kaydedilen Mars sismik verilerinin, sıvı metal alaşımlarının sismik özelliklerine ilişkin ilk prensip simülasyonları ile birlikte analizi, Mars’ın sıvı demir çekirdeğinin 150 km kalınlığında erimiş silikat tabakasıyla çevrelendiğini ortaya çıkardı. çekirdek daha önce önerilenden daha küçüktür. Çekirdek yarıçapındaki azalma, daha önce tahmin edilenden daha yüksek bir yoğunluğa işaret eder ve ağırlıkça %9-15 oranında hafif elementlerden (özellikle S, C, O ve H) oluşan bir metal çekirdekle uyumludur. Kredi: Thibaut Roger, NCCR PlanetS, ETH Zürih
MarsSıvı demir çekirdeği önceden düşünülenden daha küçük ve daha yoğun. Sadece daha küçük olmakla kalmıyor, aynı zamanda erimiş bir kaya tabakasıyla da çevrelenmiş durumda. ETH Zürih araştırmacılarının InSight iniş aracından elde edilen sismik verilere dayanarak vardığı sonuç budur.
- Bir yıl sonra NASA InSight Görevi sona erdi, kaydedilen depremlerin analizi bilgisayar simülasyonlarıyla birleştirilerek hâlâ yeni bulgular elde ediliyor.
- Başlangıçta gözlemlenen Mars depremlerinin analizi, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun, saf sıvı demirinkinden önemli ölçüde daha düşük olması gerektiğini gösteriyor.
- Yeni gözlemler, Mars çekirdeğinin yarıçapının başlangıçta belirlenen 1.800-1.850 kilometre aralığından 1.650-1.700 kilometre aralığına düştüğünü gösteriyor.
Mars’ın İçini Keşfetmek: NASA’nın InSight Lander’ından İçgörüler
NASA’nın InSight iniş aracı dört yıl boyunca sismometresiyle Mars’taki sarsıntıları kaydetti. ETH Zürih’teki araştırmacılar, gezegenin iç yapısını belirlemek için Dünya’ya iletilen verileri toplayıp analiz etti. ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü Kıdemli Bilim Adamı Amir Khan, “Görev Aralık 2022’de sona ermesine rağmen artık çok ilginç bir şey keşfettik” diyor.
Mars’ın Eşsiz Silikat Katmanı
Kaydedilen Mars depremlerinin analizi, bilgisayar simülasyonlarıyla bir araya getirilerek gezegenin iç kısmına dair yeni bir tablo çiziliyor. Mars’ın sıvı demirinin arasına sıkışmış alaşım Çekirdek ve onun katı silikat örtüsü, yaklaşık 150 kilometre kalınlığında bir sıvı silikat (magma) tabakası içerir. Khan, “Dünyanın böyle tamamen erimiş bir silikat tabakası yok” diyor.
Bu bulgu artık bilimsel dergide yayınlandı Doğa Institut de Physique de Globe de Paris’ten Henri Samuel liderliğindeki ve tamamlayıcı yöntemler kullanarak benzer bir sonuca ulaşan bir çalışmanın yanı sıra, Mars’ın çekirdeğinin boyutu ve bileşimi hakkında yeni bilgiler sağlayarak araştırmacıların çözdüğü bir gizemi çözüyor. şimdiye kadar açıklayamadı.
Mars’ın Çekirdek Bileşimi
Başlangıçta gözlemlenen Mars depremlerinin analizi, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun, saf sıvı demirinkinden önemli ölçüde daha düşük olması gerektiğini göstermişti. Örneğin Dünya’nın çekirdeğinin ağırlığının yaklaşık yüzde 90’ı demirden oluşur. Kükürt, karbon, oksijen ve hidrojen gibi hafif elementler toplam ağırlığın yaklaşık yüzde 10’unu oluşturur.
Mars çekirdeğinin yoğunluğuna ilişkin ilk tahminler, çekirdeğin çok daha büyük oranda hafif elementlerden (ağırlıkça yüzde 20 civarında) oluştuğunu gösterdi. “Bu, imkansıza yakın, çok büyük bir ışık unsurlarının tamamlayıcısını temsil ediyor. ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Dongyang Huang, “O zamandan beri bu sonucu merak ediyorduk” diyor.
CNRS araştırmacısı ve IPGP’de jeodinamikçi olan Henri Samuel, Nature dergisinde yayınlanan bir makalede önerilen, Mars’ın iç yapısına yönelik yeni modeli açıklıyor. NASA’nın InSight misyonundaki bilim insanları tarafından yürütülen çalışma, Mars mantosunun homojen olmadığını ve Mars çekirdeğinin üzerinde yer alan erimiş silikat tabakasından oluştuğunu öne sürüyor. Mars’ta göktaşı çarpması sonrasında kaydedilen sismik veriler kullanılarak oluşturulan ve tüm jeofizik gözlemleri açıklayan bu model, Kızıl Gezegenin iç yapısına ve evrimine ilişkin vizyonumuzda devrim yaratıyor. Kredi bilgileri: © IPGP
Mars Çekirdeğini Yeniden Tanımlamak
Yeni gözlemler, Mars çekirdeğinin yarıçapının, başlangıçta belirlenen 1.800-1.850 kilometre aralığından, 1.650-1.700 kilometre aralığına, yani Mars’ın yarıçapının yaklaşık yüzde 50’sine düştüğünü gösteriyor. Mars’ın çekirdeği önceden düşünülenden daha küçükse ancak aynı kütleye sahipse, yoğunluğunun daha fazla olduğu ve dolayısıyla daha az hafif element içerdiği sonucu çıkar. Yeni hesaplamalara göre hafif elementlerin oranı ağırlıkça yüzde 9 ile 14 arasına düştü.
ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümünde Yardımcı Doçent ve Ulusal Araştırma Enstitüsü üyesi Paolo Sossi, “Bu, Mars çekirdeğinin ortalama yoğunluğunun hala biraz düşük olduğu, ancak tipik gezegen oluşumu senaryoları bağlamında artık açıklanamaz olmadığı anlamına geliyor” diyor. Araştırmada Yeterlilik Merkezleri (NCCR’ler) Gezegenler.
Mars çekirdeğinin önemli miktarda hafif element içermesi gerçeği, bunun çok erken bir zamanda, muhtemelen Güneş’in hala Mars’ın çekirdeğinde birikmiş olabilecek hafif elementlerin bulunduğu nebula gazıyla çevrili olduğu dönemde oluşmuş olması gerektiğini gösteriyor.
Uzak Mars Depremlerini Kullanmak
İlk hesaplamalar InSight iniş aracının yakınında meydana gelen sarsıntılara dayanıyordu. Ancak sismometre, Ağustos ve Eylül 2021’de Mars’ın karşı tarafında iki deprem kaydetti. Bunlardan biri meteor çarpmasından kaynaklandı.
ETH Zürih Yer Bilimleri Bölümü’nde doktora öğrencisi Cecilia Duran, “Bu depremler çekirdeği geçen sismik dalgalar üretti” diye açıklıyor. “Bu, çekirdeği aydınlatmamıza izin verdi.”
Daha önceki Mars depremlerinde ise tam tersine, dalgalar çekirdek-manto sınırında yansıyordu ve Kızıl Gezegenin en derin iç kısmı hakkında hiçbir bilgi sağlayamıyordu. Bu yeni gözlemler sonucunda araştırmacılar artık sıvı çekirdeğinin yaklaşık 1.000 kilometre derinliğe kadar yoğunluğunu ve sismik dalga hızını tespit edebildiler.
Kuantum Mekanik Süper Bilgisayar Simülasyonları
Bu tür profillerden malzemenin bileşimini anlamak için araştırmacılar genellikle verileri farklı oranlarda hafif elementler (S, C, O ve H) içeren sentetik demir alaşımlarının verileriyle karşılaştırırlar. Laboratuvarda bu alaşımlar, Mars’ın iç kısmında bulunanlara eşdeğer yüksek sıcaklıklara ve basınçlara maruz bırakılıyor ve bu da araştırmacıların yoğunluğu ve sismik dalga hızını doğrudan ölçmesine olanak tanıyor.
Ancak şu anda deneylerin çoğu Dünya’nın iç kısmında geçerli olan koşullarda yürütülüyor ve bu nedenle Mars’a hemen uygulanamıyor. Sonuç olarak ETH Zürih araştırmacıları farklı bir yönteme başvurdu. İsviçre’nin Lugano kentindeki İsviçre Ulusal Süper Hesaplama Merkezi’nde (CSCS) gerçekleştirdikleri kuantum-mekanik hesaplamaları kullanarak çok çeşitli alaşımların özelliklerini hesapladılar.
Araştırmacılar hesaplanan profilleri InSight sismik verilerine dayanarak yaptıkları ölçümlerle karşılaştırdıklarında bir sorunla karşılaştılar. Hiçbir demir-hafif element alaşımının Mars çekirdeğinin hem tepesindeki hem de merkezindeki verilerle aynı anda eşleşmediği ortaya çıktı. Örneğin çekirdek-manto sınırında demir alaşımının, çekirdeğin iç kısmına göre çok daha fazla karbon içermesi gerekirdi.
Huang, “Daha önce dış sıvı demir çekirdek olarak düşündüğümüz bölgenin aslında çekirdek değil, mantonun en derin kısmı olduğunu fark etmemiz biraz zaman aldı” diye açıklıyor. Bunu desteklemek üzere araştırmacılar, çekirdeğin en dıştaki 150 kilometresinde ölçülen ve hesaplanan yoğunluğun ve sismik dalga hızının, Mars mantosunu oluşturan katı formdaki aynı malzeme olan sıvı silikatlarınkilerle tutarlı olduğunu da buldular. .
Daha önceki Mars depremlerinin daha ileri analizleri ve ek bilgisayar simülasyonları bu sonucu doğruladı. Tozlu güneş panelleri ve bunun sonucunda ortaya çıkan güç eksikliğinin, InSight iniş aracının Mars’ın iç kısmının bileşimi ve yapısına daha fazla ışık tutabilecek ek veriler sağlamasını imkansız hale getirmesi üzücü. Khan, “Yine de InSight, bize önümüzdeki yıllarda analiz edilecek birçok yeni veri ve öngörü sağlayan çok başarılı bir görevdi” diyor.
Bu çalışma hakkında daha fazla bilgi için, bkz. NASA’nın InSight Lander’ı Mars’ın Erimiş Gizemini Ortaya Çıkarıyor.
Referanslar:
A. Khan, D. Huang, C. Durán, PA Sossi, D. Giardini ve M. Murakami tarafından yazılan “Mars çekirdeğinin tepesinde sıvı silikat katmanına dair kanıt”, 25 Ekim 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06586-4
Henri Samuel, Mélanie Drilleau, Attilio Rivoldini, Zongbo Xu, Quancheng Huang, Raphaël F. Garcia, Vedran Lekić, Jessica CE Irving, James Badro, Philippe H. Lognonné, James tarafından “Mars’ın çekirdeğinin üzerinde zenginleştirilmiş bir erimiş silikat tabakasına ilişkin jeofizik kanıt” AD Connolly, Taichi Kawamura, Tamara Gudkova ve William B. Banerdt, 25 Ekim 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06601-8
NASA Mars InSight Misyonu
Jet Tahrik Laboratuvarı (JPL) NASA’nın Bilim Misyonu Direktörlüğü için InSight’ı yönetti. InSight, NASA’nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetilen Keşif Programının bir parçasıdır. Lockheed Martin Space, seyir aşaması ve iniş alanı da dahil olmak üzere InSight uzay aracını inşa etti ve görev için uzay aracı operasyonlarını destekledi.
Fransa’nın Centre National d’Études Spatiales (CNES) ve Alman Havacılık ve Uzay Merkezi (DLR) dahil olmak üzere bir dizi Avrupalı ortak, InSight misyonunu destekliyor. CNES, IPGP’deki (Institut de Physique du Globe de Paris) baş araştırmacıyla birlikte NASA’ya İç Yapı Sismik Deneyi (SEIS) aracını sağladı. SEIS’e önemli katkılar IPGP’den geldi; Almanya’daki Max Planck Güneş Sistemi Araştırma Enstitüsü (MPS); İsviçre’deki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH Zürih); Imperial College Londra ve Birleşik Krallık’taki Oxford Üniversitesi; ve JPL. Marsquake Hizmeti, IPGP’nin önemli katkılarıyla ETH Zürih tarafından yönetilmektedir; the Bristol Üniversitesi; İmparatorluk Koleji; ISAE (Institut Supérieur de l’Aéronautique et de l’Espace); MPS; ve JPL. DLR, Polonya Bilimler Akademisi Uzay Araştırma Merkezi’nin (CBK) ve Polonya’daki Astronika’nın önemli katkılarıyla Isı Akışı ve Fiziksel Özellikler Paketi (HP3) aracını sağladı. Sıcaklık ve rüzgar sensörlerini İspanya’daki Centro de Astrobiología (CAB) sağladı.