Геофизики, работающие с данными сейсмографа SEIS марсианской автоматической станции InSight, составили наиболее подробную схему строения подповерхностных слоев планеты до глубины 200 метров. Оказалось, что под слоем реголита и крупнозернистой брекчии залегают два обширных слоя базальта, разделенные слоем осадочных пород. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
InSight работает на Марсе уже три года, ведя исследования внутреннего строения и климата планеты. На сегодняшний день основным рабочим инструментом станции является сейсмограф SEIS, который весной 2019 года зафиксировал первое марсотрясение и с тех пор обнаружил более тысячи отдельных сейсмических событий, что позволяет определить внутреннюю структуру планеты и характеристики ее тектонической активности.
Сейсмические исследования неглубоких подповерхностных слоев вблизи места высадки InSight до сих пор ограничивались глубинами 10-20 метров, в результате чего слои на глубине от нескольких десятков до нескольких сотен метров оставались мало изученными. Эти слои могут дать ограничения на модели процессов, которые сформировали равнину Элизий, таких как вулканизм, эрозия пород, осадконакопление и падения метеоритов. В частности, считается, что под местом высадки InSight залегают несколько метров песчаного реголита и слои базальтов, толщиной 200-300 метров.
Группа геофизиков во главе с Седриком Шмельцбахом (Cedric Schmelzbach) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха опубликовала результаты сейсмических исследований подповерхностных слоев Марса в месте высадки станции путем анализа данных SEIS, полученных в тихий период 3 февраля 2020 года, когда ветер был очень слабый и не порождал сильные колебания станции.
Вертикальная спектрограмма, полученная SEIS 3 февраля 2020 года. Хорошо видна особенность спектра на частоте 2,4 герц.
Источник изображения: Cedric Schmelzbach et al. / Nature Communications, 2021
В отсутствие сильного сейсмического шума, вызванного ветром, получаемый спектр относительно плоский, в диапазоне частот от 1,5 до 8 герц, с заметным исключением в виде пика на частоте 2,4 герц, который, по мнению исследователей, не связан с колебаниями станции, а связан с неоднородными, неглубокими подповерхностными слоями вблизи аппарата, причем первичным источником колебаний будет взаимодействие ветра с неровной поверхностью планеты. Поскольку источник колебаний находится на поверхности планеты, сейсмическое волновое поле будет преимущественно состоять из поверхностных волн, а именно волн Рэлея и Лява. Если провести анализ эллиптичности (отношение между вертикальной и горизонтальной компонентами волны) волн Рэлея, а затем построить модели профилей скоростей распространения сейсмических S-волн и P-волн, то можно оценить структуру подповерхностных слоев Марса.
Итоговая модель строения подповерхностных слоев вблизи места высадки InSight, хорошо вписывающаяся в данные SEIS, выглядит следующим образом. Под станцией залегает слой песчаного реголита, толщиной примерно три метра, который затем переходит в 15-метровый слой крупнозернистой брекчии, образованной в результате падений метеоритов. Затем идет слой амазонийских (возрастом 1,7 миллиарда лет) базальтов, который, начиная с глубины около 30 метров, переходит в промежуточный слой, толщиной 30-40 метров, состоящий, предположительно, из осадочных пород. После этого идет слой амазонийских и гесперийских (возрастом 3,6 миллиарда лет) базальтов, вплоть до глубины 175 метров. Еще глубже залегают, скорее всего, осадочные горные породы.
Данные SEIS уже позволили ученым примерно понять, где пролегают основные границы раздела слоев Марса и каков размер его ядра. О том, как станция исследует планету можно узнать из материалов «Заглянуть внутрь Красной планеты», «Сейсмограф для Марса» и «45 сантиметров за 50 лет».
Александр Войтюк
