Астрономия

Анализ сейсмических волн от марсотрясений показал, что ядро Красной планеты все же не полностью жидкое — в нем есть твердая сердцевина. Его существование заставит ученых пересмотреть гипотезы об истории формирования нашего соседа по Солнечной системе.

В 2023 году астрономы впервые зарегистрировали сейсмические волны, прошедшие через ядро Марса. Их уловил посадочный модуль InSight. У волн было два источника: марсотрясение и удар метеорита. Изучив их характеристики, ученые сделали вывод, что ядро у Марса полностью жидкое с большим количеством легких элементов, в частности серы и кислорода.

Проведенные позже расчеты тоже указывали на полностью жидкое ядро у Марса — слишком уж высока должна быть температура в недрах планеты. Тем не менее в феврале 2025 года геохимики из Германии, Франции и Бельгии синтезировали кристаллическую структуру Fe4+xS3 из железа и серы, которая оказалась достаточно тугоплавкой и сохраняла твердое состояние в условиях ядра Марса. Так они доказали, что у современной Красной планеты гипотетически может быть твердое ядро или же оно появится в будущем по мере охлаждения недр.

Тогда, в 2023 году, астрономы анализировали первые сейсмические волны, пойманные InSight. С тех пор они получили гораздо больше данных, хотя аппарат прекратил свою работу еще в 2022-м. В новом исследовании ученые анализировали данные от 23 марсотрясений. Их вывод: все-таки у Марса есть твердое ядро.

У каменистых планет вроде Земли и Марса внутри есть жидкие и твердые слои. Когда сейсмические слои натыкаются на границы между этими слоями, они отражаются и преломляются. По их поведению можно судить о внутренней структуре планеты.

Авторы новой работы изучили два типа сейсмических волн, образованных марсотрясениями: P’P’ и PKKP. P’P’-волны — волны, прошедшие через ядро и отразившиеся от поверхности планеты на другой стороне. PKKP-волны — волны, отразившиеся внутри ядра от его границы с мантией. Также исследователи искали PKiKP-волны — волны, отразившиеся от границы между жидкой и твердой частью ядра.

На наличие твердого ядра указывают два открытия. Во-первых, ученым удалось выявить PKiKP-волны. Во-вторых, сейсмометр регистрировал PKKP-волны на 50-200 секунд раньше, чем они должны были прибыть, если бы ядро было полностью жидким.

По оценке авторов, твердое внутреннее ядро занимает 18 процентов радиуса Марса (у Земли — 19 процентов). Получается, радиус сердцевины — примерно 613 (± 67) километров. В ней действительно много легких элементов. Лучше всего подходят следующие параметры: массовая доля серы — 12-16 процентов, кислорода — 6,7-9 процентов, углерода — менее 3,8 процента.

При таких соотношениях ядро могло отвердеть даже в условиях высокой температуры в недрах Марса. Причем даже если эта температура на 10 процентов выше современных оценок.

Все же у новых результатов есть ряд проблем. Первая из них — слой из расплавленых силикатов, расположенный между жидким внешним ядром и мантией. Его ранее обнаружили по данным, собранным аппаратом InSight.

Для существования этого слоя необходима высокая температура — выше, чем температура затвердевания внутреннего ядра. Более того, он должен играть роль одеяла, мешая высвобождению тепла из недр. Пока что невозможно «подружить» его существование с результатами новой работы.

Вторая проблема заключается в том, что наличие твердого внутреннего ядра должно влиять на форму, вращение и гравитационное поле Марса. Исследуя ранее эти параметры, ученые не находили доказательств существования твердой сердцевины. Тем не менее, по словам авторов новой научной работы, их результаты согласуются с принятыми оценками в пределах погрешности. Наконец, твердое ядро должно создавать у планеты магнитное поле, которого у Марса нет. Гипотетически отсутствие поля можно объяснить очень медленным отвердеванием ядра — такие расчеты еще предстоит провести.

Исследование опубликовано в журнале Nature.