Wetenschappers "keken" in Mars, en dit is wat ze daar vonden

Wetenschappers "keken" in Mars, en dit is wat ze daar vonden
Wetenschappers "keken" in Mars, en dit is wat ze daar vonden
Anonim

Wetenschappers hebben nog veel te leren over de Rode Planeet. Ondertussen sturen InSight- en Perseverance-apparaten ongekende gegevens naar de aarde over alles wat er op Mars wordt gedetecteerd. Dankzij dit ontvingen wetenschappers de sleutel om de evolutie van de Rode Planeet en zijn verschillen met de aarde te begrijpen.

InSight- en Perseverance-apparaten sturen ongekende gegevens naar de aarde over alles, van Marsbevingen tot informatie over de binnenste lagen van de Rode Planeet.

Als mensen op aarde een intense strijd voeren tegen de covid-19-pandemie, lijden aan recordhitte en proberen te bedenken hoe ze ervoor kunnen zorgen dat ze niet zonder water komen te zitten, dan leeft ons ruimtevaartuig op Mars veel stiller. (Het helpt ook dat ze niet hoeven te ademen.) Geparkeerd op het oppervlak van Mars, luistert de Insight-lander naar de aardbevingen, terwijl de Perseverance-rover ronddraait op zoek naar leven.

Deze week hebben wetenschappers een reeks wetenschappelijke bevindingen onthuld op basis van informatie die is verzameld door dappere robots. Vandaag hebben ze drie artikelen gepubliceerd in het tijdschrift Science, opgesteld door tientallen wetenschappers van over de hele wereld. Daarin vertellen de onderzoekers over de slimme manieren om de seismometer van het "Insight" -apparaat te gebruiken, met behulp waarvan ze erin slaagden diep in de Rode Planeet te kijken. Dit instrument verrijkte hen met ongekende kennis van de korst, mantel en kern van Mars. Wetenschappers hebben voor het eerst de ingewanden van een andere planeet in kaart gebracht. En gisteren hield een tweede groep wetenschappers een persconferentie waarop ze de voorlopige resultaten van het onderzoekswerk van de Perseverance-rover bekendmaakten, en ook spraken over de volgende stappen die het zal nemen bij het bestuderen van het oppervlak van de krater Jezero. Deze krater was ooit een meer en zou de thuisbasis kunnen zijn van het oude microbiële leven.

Wetenschappers hebben nog veel te leren over de Rode Planeet. "Het is gebouwd met dezelfde bouwstenen als de aarde, maar heel anders", zegt seismoloog Sanne Cottaar van de Universiteit van Cambridge, die een paper voor Sainz schreef over drie nieuwe onderzoeken. - Er is veel bewijs dat de evolutie van Mars in veel opzichten anders was. En nu wetenschappers het innerlijke beeld van de lagen van de planeet vormen, hebben we nieuwe manieren om te begrijpen hoe Mars werd gevormd en hoe het tot stand kwam."

Bij het vergelijken van twee planeten rijzen er veel interessante vragen. Waarom heeft de aarde bijvoorbeeld een magnetisch veld, terwijl Mars lijkt te zijn verdwenen? Waarom zijn er zoveel vulkanen op aarde, en ze zijn erg verspreid, terwijl vulkanen op Mars groter en meer geconcentreerd zijn? (Met een diameter van 602 kilometer en een hoogte van bijna 26 kilometer is de berg Olympus de grootste bekende vulkaan in het zonnestelsel.) De vorming van Mars ging waarschijnlijk gepaard met talloze rampen, maar nu is alles kalm aan het oppervlak. En in tegenstelling tot de aarde is er weinig vulkanische activiteit. (In mei presenteerden wetenschappers echter bewijs van dergelijke recente activiteit.) Alleen door dieper onder het oppervlak te kijken, zullen onderzoekers dergelijke eigenaardigheden van Mars beter kunnen begrijpen, en samen met de kenmerken van een vergelijkbare aarde.

Maar voordat we ons in de lawine van deze wetenschappelijke literatuur storten, moeten we een korte cursus volgen over de structuur van Mars en het apparaat "Insight" dat het onderzoekt. Vergeleken met de aarde is de Rode Planeet geologisch vrij rustig. Omdat onze planeet tektonische platen heeft, dit zijn enorme stukken land die over de onderliggende mantel bewegen, explodeert het oppervlak letterlijk met activiteit zoals vulkanen en catastrofale aardbevingen. Er zijn geen tektonische platen op Mars, omdat de kern zich aan het begin van het bestaan van de Rode Planeet snel gevormd en afkoelde. Tegenwoordig wordt Mars opgeschrikt door kleine trillingen, waarschijnlijk veroorzaakt door het krimpen van een afkoelende planeet.

De taak van de Insight-lander is om dergelijke marsbevingen te detecteren met behulp van een seismometer, wat hij sinds februari 2019 doet. Dit instrument biedt wetenschappers een uitzonderlijk rijke verscheidenheid aan seismische gegevens, vooral voor twee fenomenen - P-golven (compressiegolven) en S-golven (schuifgolven), die optreden als gevolg van Marsbevingen. "P-golven zijn longitudinale seismische golven, zoals geluid in de lucht, en het zijn de snelste golven die zich door planetaire lichamen voortplanten", zegt Brigitte Knapmeyer-Endrun, een seismoloog aan de Universiteit van Keulen, die de hoofdauteur is van de studie over het modelleren van de schors van Mars. “We hebben ook secundaire golven, S-golven of schuifgolven. Deze beweging lijkt meer op het trillen van gitaarsnaren."

Cruciaal is dat S-golven langzamer zijn dan P-golven. Daarom registreert de Insight-sondeseismometer ze iets later wanneer zich een Marsbeving voordoet. "Het verschil tussen het uiterlijk van S-golven en P-golven geeft ons een idee van de locatie van seismische activiteit, hoe ver het van ons station is", zegt Knapmeier-Endrun. Deze golven verschillen ook afhankelijk van het medium waar ze doorheen gaan en van waaruit ze worden gereflecteerd. P-golven gaan door vaste gesteenten, vloeistoffen en gassen, en S-golven alleen door vaste gesteenten.

Door de golven te analyseren die de Insight-seismometer bereiken, kunnen wetenschappers een idee krijgen van de innerlijke samenstelling van Mars. Omdat S-golven de vloeibare kern niet kunnen doordringen, wordt al hun energie volledig gereflecteerd door de kern-mantelgrens. Zie het als binair voor computers. Slechts twee elementen, enen en nullen, kunnen worden gecombineerd om extreem complexe programmering te creëren. Evenzo vormen de twee soorten golven samen een complex beeld van de ingewanden van Mars. “Ook kijken we naar het verschil in aankomsttijd, waardoor we de dikte van een bepaalde laag kunnen bepalen”, zegt Knapmeier-Endrun.

Met behulp van dergelijke methoden konden zij en haar collega's de dikte van de schors bepalen. Voorheen moesten wetenschappers satellieten in een baan om de aarde gebruiken om verschillen in zwaartekracht en topografische eigenschappen over de hele planeet te meten. Zo probeerden ze de dikte van de aardkorst te bepalen en kwamen uiteindelijk tot de conclusie dat het gemiddeld 110 kilometer is. "Nu er van binnenuit wordt gemeten, kunnen we stellen dat dit een duidelijke overdrijving was", zegt Knapmeier. -Eindloop. Wetenschappers geloven nu dat de gemiddelde korstdikte maximaal 72 kilometer is.

Onderzoekers geloven dat deze korst uit twee of drie lagen bestaat. Daar ligt de bovenste laag van 10 kilometer dik, die volgens Insight-metingen onverwacht licht bleek te zijn. Dit is waarschijnlijk te wijten aan het feit dat het bestaat uit verpletterd gesteente dat is overgebleven van de inslag van meteorieten. De laag eronder zakt naar een diepte van ongeveer 20 kilometer. "Helaas weten we niet zeker wat er daarna is, alleen de mantel of zelfs de derde laag van de korst. Er is wat onzekerheid over deze score, en we hebben het nog niet kunnen oplossen, - zegt Knapmeier-Endrun. "We kunnen met vertrouwen zeggen dat de korst niet zo dik is als eerder werd gedacht, en dat de dichtheid minder is."

Planetaire seismoloog Simon Stähler van de Zwitserse Hogere Technische School van Zürich heeft het voortouw genomen bij de studie van het heetste interieur van Mars, de kern ervan. Hoewel het team van Stehler geen manier heeft om in het centrale deel van de planeet te kijken, konden de onderzoekers wat informatie verkrijgen door S-golven te analyseren die worden weerkaatst door de grens tussen de kern en de mantel. Deze trillingen, die niet in de vloeibare kern van Mars kunnen doordringen, keren terug naar de oppervlakte en daar worden ze opgevangen door Insight-ontvangers. "Het duurt maar liefst 10 minuten", zegt Stehler, verwijzend naar de tijd vanaf de Marsbeving tot de tijd die de kern nodig heeft om het signaal op te vangen. Door dit tijdsinterval te meten, bepaalde zijn team de diepte van de golfpenetratie en op basis hiervan de diepte van de kern zelf. Het bleek dat het begint op ongeveer 1.550 kilometer van het oppervlak.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de kerndichtheid verrassend laag is, namelijk slechts 6 gram per kubieke centimeter. Dit is veel minder dan ze hadden verwacht van een ijzersterk centrum op Mars. "Het is ons nog steeds een beetje een raadsel waarom de kern zo licht is", zegt Stehler. Er zouden zeker lichtere elementen moeten zijn, hoewel het niet duidelijk is welke. Hij en zijn team hopen in de loop van de tijd de P-golven vast te leggen die zijn gevormd als gevolg van de Marsbeving aan de andere kant van de planeet, recht tegenover de plaats waar Insight zich bevindt. Omdat deze golven de grens tussen de kern en de mantel kunnen doordringen, zullen ze de ontvanger van de lander informatie geven over de samenstelling van de kern van Mars. Maar om dat te laten werken, legt Stehler uit: "Mars moet ons halverwege tegemoet komen en zo'n aardbeving maken aan de andere kant van de planeet."

In hun wetenschappelijke werk meldt het Stehler-team dat de straal van de kern 1830 kilometer is. Een ander team, geleid door Amir Khan, een geofysicus van de Zwitserse Hogere Technische School van Zürich, ontdekte dat deze afmeting zo groot is dat er heel weinig ruimte is voor de mantel, zoals in de aarde. Deze laag, die de kern omringt, voert de taak van het vasthouden van warmte uit. De aardmantel is verdeeld in twee delen en daartussen bevindt zich een zogenaamde overgangszone. De bovenste en onderste lagen zijn samengesteld uit verschillende mineralen. "De mantel van Mars - ik zal dit enigszins respectloos zeggen - is een vereenvoudigde versie van de aardmantel, te oordelen naar zijn mineralogische samenstelling", zegt Khan, die de hoofdauteur werd van het werk over de beschrijving van de mantel van Mars.

Eerdere schattingen van de kernstraal werden gemaakt met behulp van geochemische en geofysische gegevens en gaven de afwezigheid van de onderste mantellaag aan. Maar om dit te bevestigen, hadden de wetenschappers Insight seismologische gegevens nodig. Ze werden de sleutel tot het begrijpen van de evolutie van de Rode Planeet, in het bijzonder waarom het zijn magnetische veld verloor, dat de atmosfeer en mogelijk leven zou beschermen tegen de harde zonnewinden. Om een magnetisch veld te laten verschijnen, is een temperatuurverschil nodig tussen de buitenste en binnenste delen van de kern. Het moet groot genoeg zijn om circulatiestromen te creëren die de kernvloeistof in beweging brengen en de vorming van een magnetisch veld bevorderen. Maar de kern van Mars koelde zo snel af dat deze convectiestromen uitstierven.

Khans analyse laat ook zien dat Mars een dikke lithosfeer heeft, zoals de harde en koude mantel wordt genoemd. Dit kan een antwoord bieden op de vraag waarom de Rode Planeet geen tektonische platen heeft die krachtige vulkanische activiteit op aarde veroorzaken. "Als er een zeer dikke lithosfeer is, is het buitengewoon moeilijk om deze af te breken om een soort tektonische platen op aarde te creëren", legt Khan uit. "Ze waren misschien al vroeg op Mars, maar nu zijn ze definitief gesloten."

Terwijl Insight de interne trillingen van Mars 'afluistert', zoekt Perseverance, rollend op het stoffige oppervlak, naar tekenen van oud leven in de rotsen, bepaalt de plaatsen waar monsters van de oppervlaktelaag worden verzameld en bestudeert de geologische geschiedenis van Jezero. "Verkenning is niet sprinten, het is een marathon", zei NASA's plaatsvervangend wetenschappelijk directeur Thomas Zurbuchen op een persconferentie woensdag over de vroege successen van de rover op de Rode Planeet. "Doorzettingsvermogen is slechts één stap op een lange en zorgvuldig geplande reis om Mars te verkennen die de komende jaren robot- en menselijke inspanningen zal combineren."

Op een persconferentie vertelden wetenschappers wat Perseverance doet tijdens haar reizen."De uitdaging is om precies uit te zoeken welke richting we op willen en hoe we alles in ons schema gaan passen", zegt Vivian Sun van NASA's Jet Propulsion Laboratory, een systeemingenieur daar. Volgens haar besloten de wetenschappers Perseverance ongeveer een kilometer ten zuiden van de landingsplaats te sturen om de eerste rotsmonsters te verzamelen. De verzamelde monsters zullen worden opgeslagen in het lichaam van de rover en vervolgens op het oppervlak van de planeet worden gelegd voor latere overdracht naar de aarde tijdens een terugvlucht.

Perseverance is uitgerust met een robotarm van twee meter met een reeks nieuwe apparaten, waaronder een technologiedemonstrator genaamd MOXIE om de mogelijkheid te testen om zuurstof uit de atmosfeer van Mars te genereren. Het heeft al bewezen dat het in staat is om kleine hoeveelheden koolstofdioxide in de lucht om te zetten in zuurstof. Er zijn ook sensoren voor het beoordelen van het huidige klimaat en camera's met een hoge resolutie om vast te leggen wat zich rond de rover bevindt. "We worden gewoon gemarteld door de stofduivels", zei Caltech-geochemicus Ken Farley. Dit zijn werkelijk duivelse windstoten, die, zoals hij zegt, erg lijken op aardse.

Sommige rotsen op de foto's lijken op verhard meerslib. Dit geeft aan dat men daar naar sporen van vorig leven moet zoeken in de vorm van gefossiliseerde biologische tekens. Wetenschappers willen ook begrijpen of de rotsen in de krater van sedimentaire of vulkanische oorsprong zijn. Als dit de overblijfselen zijn van vulkanische emissies, kunt u met behulp van radiometrie hun leeftijd bepalen. Hierdoor kan de geologische geschiedenis van de door Perseverance verzamelde materialen beter worden begrepen. Farley zegt dat de meest verrassende bevinding tot nu toe tekenen zijn van plotselinge overstromingen en veranderingen in waterstanden. Dit suggereert dat de krater verschillende stadia van drogen en vullen met water in vloeibare toestand heeft doorgemaakt.

Gewapend met nieuwe software op basis van kunstmatige intelligentie, brak Perseverance ook het record voor rovers om onafhankelijk over het aardoppervlak te bewegen, en dat deed het op de tweede dag van autonome beweging. "Autonome voortstuwing is tegenwoordig bijna net zo snel als door mensen aangedreven bewegingen", zegt robotica-ingenieur Olivier Toupet van Jet Propulsion Laboratory. Een mens kan een rover op afstand besturen door hem ongeveer 30 meter per dag te verplaatsen. Hij voert zorgvuldig gekalibreerde manoeuvres uit, vermijdt obstakels en kunstmatige intelligentie stelt u in staat om de snelheid van het apparaat te verhogen. De software maakt een driedimensionale kaart van het oppervlak waarop het voertuig rijdt, waardoor het zijn route in realtime kan optimaliseren en bijwerken. Volgens Toupe is de maximale autonoom afgelegde afstand op Mars ongeveer 107 meter. Wetenschappers verwachten dat Perseverance dat cijfer de komende weken zal verviervoudigen.

Na het voltooien van een zuidelijke flank, zal de Perseverance naar het noordwesten trekken naar de delta van de oude rivier die ooit zijn water naar de Jezero-krater voerde. Hij zal dan volledig gebruik gaan maken van de instrumenten aan boord om de chemische en mineralogische samenstelling van de lokale Mars-gesteenten te bepalen, evenals hun vorm en textuur. Deze informatie zal wetenschappers helpen meer te weten te komen over de oude waterloop van dit bassin.

En het "Insight" dat zich enkele duizenden kilometers verderop bevindt, zal ondergrondse trillingen blijven registreren en de interne structuur van deze rotsachtige planeet onthullen, die wetenschappers hebben kunnen karakteriseren met behulp van seismologie. "Dit is een heel jong onderzoeksgebied voor de mensheid", zegt Kottar. "We kijken veel langer naar de sterren dan naar onze voeten."

Aanbevolen: