26 ноября 2018 года миссия NASA's Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy, and Heat Transport (InSight) совершила посадку на Марсе. Это стало важной вехой в исследовании Марса, поскольку это был первый случай, когда исследовательская станция была развернута на поверхности для исследования недр планеты.
Одним из важнейших инструментов, которые InSight будет использовать для этого, был Heat Flow and Physical Properties Package (HP3), разработанный Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Также известный как Martian Mole, этот инструмент измерял тепловой поток из глубины планеты в течение четырех лет.
HP3 был разработан для того, чтобы копать до пяти метров вглубь поверхности, чтобы чувствовать тепло глубже в недрах Марса. К сожалению, Mole с трудом зарылся и в конечном итоге оказался прямо под поверхностью, что стало сюрпризом для ученых. Тем не менее, Mole собрал значительный объем данных о суточных и сезонных колебаниях под поверхностью.
Анализ этих данных, проведенный группой ученых из Немецкого аэрокосмического центра (DLR), дал новое представление о том, почему марсианская почва такая «корковая». Согласно их выводам, температура в верхних 40 см марсианской поверхности приводит к образованию соляных пленок, которые затвердевают в почве.
Анализ, опубликованный в журнале Geophysical Research Letters, был проведен группой из Центра поддержки пользователей в условиях микрогравитации (MUSC) Института космических операций и подготовки астронавтов DLR в Кельне, который отвечает за надзор за экспериментом HP3.
Данные о тепле, полученные из недр, могут быть неотъемлемой частью понимания геологической эволюции Марса и рассмотрения теорий о его центральной области. В настоящее время ученые подозревают, что геологическая активность на Марсе в значительной степени прекратилась к концу Гесперианского периода (около 3 миллиардов лет назад), хотя есть свидетельства того, что лава все еще течет там сегодня.
Вероятно, это было вызвано более быстрым охлаждением недр Марса из-за его меньшей массы и меньшего давления. Ученые предполагают, что это привело к тому, что внешнее ядро Марса затвердело, а его внутреннее ядро стало жидким, хотя это остается открытым вопросом.
Сравнивая температуры под поверхностью, полученные InSight, с температурами поверхности, команда DLR смогла измерить скорость переноса тепла в коре (температуропроводность) и теплопроводность. Из этого впервые удалось оценить плотность марсианского грунта.
Команда определила, что плотность верхних 30 см почвы сопоставима с базальтовым песком — то, чего не ожидали на основе данных орбитального аппарата. Этот материал распространен на Земле и создается путем выветривания вулканической породы, богатой железом и магнием.
Под этим слоем плотность почвы сопоставима с уплотненным песком и более грубыми фрагментами базальта. Тилман Спон, главный исследователь эксперимента HP3 в Институте планетарных исследований DLR, объяснил: «Чтобы получить представление о механических свойствах почвы, я люблю сравнивать ее с флористической пеной, широко используемой во флористике для цветочных композиций. Это легкий, высокопористый материал, в котором образуются отверстия, когда в него вдавливаются стебли растений... В течение семи марсианских дней мы измеряли теплопроводность и колебания температуры через короткие интервалы. Кроме того, мы непрерывно измеряли самые высокие и самые низкие дневные температуры в течение второго марсианского года. Средняя температура на глубине 40-сантиметрового термического зонда составила -56°C. Эти записи, документирующие температурную кривую в течение суточных циклов и сезонных колебаний, были первыми в своем роде на Марсе».
Поскольку корка марсианской почвы (также известная как «дурикруст») простирается на глубину 20 см, «Крот» сумел проникнуть всего на глубину чуть больше 40 см — намного меньше его цели в 5 м. Тем не менее, данные, полученные на этой глубине, дали ценную информацию о переносе тепла на Марсе.
Соответственно, группа обнаружила, что температура поверхности колебалась всего на 5–7 °C в течение марсианских суток, что составляет ничтожную долю колебаний, наблюдаемых на поверхности — от 110 до 130 °C.
В зависимости от сезона они отметили колебания температуры в 13°C, оставаясь ниже точки замерзания воды на Марсе в слоях вблизи поверхности. Это показывает, что марсианский грунт является отличным изолятором, значительно уменьшая большие перепады температур на небольших глубинах.
Это влияет на различные физические свойства марсианского грунта, включая эластичность, теплопроводность , теплоемкость, движение материала внутри него и скорость, с которой сейсмические волны могут проходить через него.
«Температура также оказывает сильное влияние на химические реакции, происходящие в почве, на обмен с молекулами газа в атмосфере, а следовательно, и на потенциальные биологические процессы, касающиеся возможной микробной жизни на Марсе», — сказал Спон. «Эти знания о свойствах и прочности марсианской почвы также представляют особый интерес для будущего исследования Марса человеком».
Но что было особенно интересно, так это то, как колебания температуры позволяют формировать соленые рассолы в течение 10 часов в день (при достаточном количестве влаги в атмосфере) зимой и весной. Таким образом, затвердевание этого рассола является наиболее вероятным объяснением слоя твердой корки под поверхностью. Эта информация может оказаться очень полезной, поскольку будущие миссии будут исследовать Марс и пытаться исследовать под поверхностью, чтобы узнать больше об истории Красной планеты.
