Hoe gegevens van NASA’s InSight-sonde helpen de geschiedenis van Mars te herschrijven

Seismische signalen geven dit aan Mars Onze planeet wordt jaarlijks getroffen door ongeveer 300 meteorieten ter grootte van een basketbal, wat een nieuw hulpmiddel vormt voor het bepalen van de ouderdom van planetaire oppervlakken.

Wetenschappers die meedoen NASADe InSight-missie van InSight heeft onthuld dat Mars veel meer meteorietinslagen ervaart dan eerder werd gedacht, met jaarlijkse aantallen variërend van 280 tot 360 grote inslagen. Dit nieuwe inzicht komt voort uit seismische gegevens die zijn verzameld door de seismometer van InSight, wat een efficiëntere manier suggereert om de oppervlakken van planeten in het hele zonnestelsel te dateren.

Het nieuwe onderzoek onder leiding van wetenschappers van Imperial College Londen Een recent onderzoek uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van Zürich in samenwerking met het Zwitserse Federale Instituut voor Wetenschap, werkzaam als onderdeel van NASA’s InSight-missie, onthulde hoe vaak “Mars-trillingen” veroorzaakt door meteorietinslagen voorkomen op Mars.

De onderzoekers ontdekten dat Mars elk jaar ongeveer 280 tot 360 meteorietinslagen ervaart, waardoor kraters met een diameter van meer dan acht meter ontstaan ​​en het oppervlak van de Rode Planeet schudt.

De snelheid van deze aardbevingen op Mars, gedetecteerd door de “seismometer” van InSight – een instrument dat de kleinste grondbewegingen kan meten – overtreft eerdere schattingen op basis van satellietbeelden van het oppervlak van Mars.

Deze kraters werden gevormd als gevolg van een meteoriet die op 5 september 2021 in botsing kwam met Mars, en zijn de eerste kraters die zijn waargenomen door NASA’s InSight-sonde. Deze kleurenafbeelding, gemaakt door NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter, benadrukt stof en aarde die zijn verstoord door de inslag in het blauw, zodat details beter zichtbaar zijn voor het menselijk oog. Auteursrecht: NASA/JPL-Caltech/Universiteit van Arizona

Seismische gegevens en planetaire datering

De onderzoekers zeggen dat deze seismische gegevens een betere, directere manier kunnen zijn om de snelheid van meteorietinslagen te meten, en wetenschappers kunnen helpen de ouderdom van planetaire oppervlakken in het hele zonnestelsel nauwkeuriger te bepalen.

“Door seismische gegevens te gebruiken om te begrijpen hoe vaak meteorieten Mars treffen en hoe deze inslagen het oppervlak veranderen, kunnen we een beter beeld krijgen”, zegt Dr. Natalia Wojcicka, co-auteur van de eerste studie en onderzoeksmedewerker bij de afdeling Aardwetenschappen en techniek aan het Imperial College London. Samen een tijdlijn van de geologische geschiedenis en evolutie van de Rode Planeet.

“Je kunt het zien als een soort ‘kosmische klok’ die ons helpt de oppervlakken van Mars te dateren, en misschien in de toekomst ook andere planeten in het zonnestelsel.”

De studie werd vandaag (28 juni) in het tijdschrift gepubliceerd Natuur astronomie.

Een collageafbeelding toont drie meteorietinslagen die voor het eerst werden gedetecteerd door een seismograaf op NASA’s InSight-lander en later werden vastgelegd door de Mars Reconnaissance Orbiter van het bureau met behulp van de HiRISE-camera. Auteursrecht: NASA/JPL-Caltech/Universiteit van Arizona

Archeologische kraters als kosmische klokken

Jarenlang hebben wetenschappers het aantal kraters op het oppervlak van Mars en andere planeten gebruikt als ‘kosmische klokken’ om de leeftijd van planeten te schatten – oudere oppervlakken op planeten waren meer bekraterd dan jongere.

Om de leeftijd van planeten op deze manier te berekenen, hebben wetenschappers traditioneel modellen gebruikt die gebaseerd zijn op kraters op de maan om de snelheid van meteorietinslagen van verschillende groottes in de loop van de tijd te voorspellen. Om deze modellen op Mars toe te passen, zouden ze moeten aanpassen hoe de atmosfeer verhindert dat kleinere impactors het oppervlak raken en de verschillende grootte en locatie van Mars in het zonnestelsel.

Voor kleine kraters met een diameter van minder dan 60 meter hebben Mars-wetenschappers ook kunnen waarnemen hoe vaak nieuwe kraters ontstaan ​​met behulp van satellietbeelden – maar het aantal kraters dat op deze manier wordt gevonden is veel lager dan verwacht.

Artistieke weergave van de InSight-lander die op het oppervlak van Mars actief is. InSight, een afkorting van Interior Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transfer, is een lander die is ontworpen om het eerste uitgebreide onderzoek van Mars uit te voeren sinds zijn vorming 4,5 miljard jaar geleden. Auteursrecht: NASA/JPL-Caltech

Inzichten van de seismometer van de InSight-lander

In dit nieuwe onderzoek, onderdeel van de InSight-missie om seismische activiteit en de interne structuur van Mars te begrijpen, hebben onderzoekers een voorheen onbekend patroon van seismische signalen geïdentificeerd, zoals geproduceerd door meteorietinslagen. Deze signalen werden onder meer gekenmerkt door hun ongewoon grotere aandeel hoogfrequente golven in vergelijking met typische seismische signalen, en stonden bekend als “zeer hoogfrequente” aardbevingen op Mars.

De onderzoekers ontdekten dat de snelheid van meteorietinslagen hoger is dan eerder werd geschat door te kijken naar nieuw gevormde kraters die zijn vastgelegd door satellietbeelden en in overeenstemming met het extrapoleren van gegevens van kraters op het oppervlak van de maan.

Dit benadrukte de beperkingen van eerdere modellen en schattingen, evenals de behoefte aan betere modellen om kratervorming en meteorietinslagen op Mars te begrijpen.

De kracht van seismische gegevens in de planetaire wetenschap

Om dit probleem aan te pakken, gebruikte het team van wetenschappers NASA’s InSight-sonde en zijn zeer gevoelige seismograaf, SEIS, om seismische gebeurtenissen vast te leggen die mogelijk veroorzaakt waren door meteorietinslagen.

SEIS detecteerde duidelijke seismische kenmerken van deze hoogfrequente aardbevingen op Mars, waarvan onderzoekers ontdekten dat ze indicatief waren voor meteorietinslagen en verschillend waren van andere seismische activiteiten.

Met behulp van deze nieuwe methode voor impactdetectie hebben onderzoekers veel meer impactgebeurtenissen gevonden dan voorspeld door satellietbeelden, vooral voor kleine inslagen die kraters veroorzaken van slechts een paar meter doorsnee.

Professor Gareth Collins, co-auteur van het onderzoek aan het Department of Earth Sciences and Engineering van het Imperial College London, zei: “SEIS is ongelooflijk succesvol gebleken in het detecteren van impacts – het lijkt erop dat luisteren naar impacts effectiever is dan ernaar te zoeken als we wil ze begrijpen.” Hoe vaak gebeurt het?”

Verbeter ons begrip van het zonnestelsel

Onderzoekers zijn van mening dat het inzetten van kleinere, duurdere seismometers op toekomstige landers ons begrip van de inslagpercentages en de interne structuur van Mars kan vergroten. Deze apparaten zullen onderzoekers helpen meer seismische signalen te detecteren, waardoor een uitgebreidere dataset ontstaat voor het begrijpen van meteoorbotsingen met Mars en andere planeten, evenals hun interne structuren.

“Om de interne structuur van planeten te begrijpen, gebruiken we seismologie,” zei Dr. Wojcica. “Dit komt omdat seismische golven veranderen wanneer ze door materialen in de korst, mantel en kern van een planeet reizen of reflecteren. Door deze veranderingen te bestuderen, zeggen seismologen kan bepalen waaruit deze lagen bestaan ​​en hoe diep ze zijn.”

“Op aarde kun je de interne structuur van onze planeet het gemakkelijkst begrijpen door te kijken naar gegevens van seismometers verspreid over de hele wereld. Op Mars was er echter maar één instrument: SEIS. Om de interne structuur van Mars beter te begrijpen, hebben we dat nodig Meer seismometers verspreid over de hele planeet.”

Naast nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuur astronomieHet team neemt ook deel aan een ander onderzoek gepubliceerd in Vooruitgang van de wetenschap Today, dat beelden en atmosferische signalen van InSight gebruikte om te schatten hoe vaak inslagen op Mars voorkomen. Ondanks het gebruik van verschillende methoden kwamen beide onderzoeken tot vergelijkbare conclusies, waardoor de algemene bevindingen werden versterkt.

Referentie: “Het schatten van de impact op Mars op basis van statistieken van zeer hoogfrequente aardbevingen op Mars” 28 juni 2024, Natuur astronomie.
DOI: 10.1038/s41550-024-02301-z