Nowe dane ujawniają codzienne oddziaływania meteorytów na Marsa poprzez pomiary sejsmologiczne, zapewniając nowy wgląd w wiek i strukturę czerwonej planety

Międzynarodowy zespół badaczy połączył obrazy orbitalne z danymi sejsmologicznymi z lądownika InSight NASA, aby uzyskać nową szybkość uderzeń meteorytów na Marsie. Sejsmologia dostarcza również nowego środka do określania gęstości kraterów na Marsie i wieku różnych regionów planety.

Międzynarodowy zespół badaczy, wspólnie kierowany przez ETH Zurich i Imperial College London, uzyskał pierwszą ocenę globalnych uderzeń meteorytów na Marsie, wykorzystując dane sejsmiczne. Ich wyniki pokazują, że co roku na planetę spada od 280 do 360 meteorytów, tworząc kratery uderzeniowe większe niż 8 metrów. Géraldine Zenhäusern z ETH Zurich, która współprowadziła badania, stwierdziła: "Ta szybkość była około pięć razy wyższa niż liczba oszacowana wyłącznie na podstawie obrazów orbitalnych. Zgodnie z obrazami orbitalnymi, nasze wyniki pokazują, że sejsmologia jest doskonałym narzędziem do mierzenia szybkości uderzeń."

Sejsmiczny "ćwierk" sygnalizuje nową klasę trzęsień
Wykorzystując dane z sejsmometru zainstalowanego podczas misji InSight NASA na Marsie, badacze odkryli, że 6 zarejestrowanych w pobliżu stacji zdarzeń sejsmicznych zostało wcześniej zidentyfikowanych jako uderzenia meteorytów (Garcia et al., 2023) - proces umożliwiony dzięki rejestracji specyficznego akustycznego sygnału atmosferycznego generowanego, gdy meteoryty wchodzą w atmosferę Marsa. Teraz Zenhäusern z ETH Zurich, współprowadząca Natalia Wójcicka z Imperial College London oraz zespół badawczy odkryli, że te 6 zdarzeń sejsmicznych należy do znacznie większej grupy marsjańskich trzęsień, tak zwanych bardzo wysokoczęstotliwościowych (VF) zdarzeń. Pierwotny proces tych trzęsień odbywa się znacznie szybciej niż w przypadku tektonicznych marsjańskich trzęsień o podobnej wielkości. Podczas gdy normalne trzęsienie o magnitudzie 3 na Marsie trwa kilka sekund, zdarzenie spowodowane uderzeniem tej samej wielkości trwa tylko 0,2 sekundy lub mniej, ze względu na hiperszybkość kolizji. Analizując spektrum marsjańskich trzęsień, zidentyfikowano kolejne 80 trzęsień, które obecnie uważa się, że zostały spowodowane uderzeniami meteorytów.

Ich badania rozpoczęły się w grudniu 2021 roku, rok przed tym, jak nagromadzony kurz na panelach słonecznych zakończył misję InSight, gdy duże odległe trzęsienie zarejestrowane przez sejsmometr odbiło się szerokopasmowym sygnałem sejsmicznym przez planetę. Obserwacja zdalna powiązała trzęsienie z kraterem o szerokości 150 metrów. Aby to potwierdzić, zespół InSight połączył siły z kamerą kontekstową (CTX) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), aby szukać innych świeżych kraterów, które odpowiadałyby czasowi i lokalizacji zdarzeń sejsmicznych odkrytych przez InSight. Ich detektywistyczna praca opłaciła się i udało im się znaleźć kolejny świeży krater o średnicy ponad 100 metrów. Mniejsze kratery, jednak powstałe, gdy meteoryty wielkości koszykowej piłki uderzają w planetę i które powinny być znacznie częstsze, pozostały nieuchwytne. Teraz, po pojawieniu się tych specyficznych wysokoczęstotliwościowych trzęsień, nowo oszacowano szybkość uderzeń meteorytów.

Pierwsza szybkość uderzeń meteorytów z danych sejsmicznych
Około 17 000 meteorytów spada na Ziemię każdego roku, ale chyba że przejdą przez nocne niebo, rzadko są zauważane. Większość meteorów rozpada się podczas wejścia w atmosferę Ziemi, ale na Marsie atmosfera jest 100 razy cieńsza, co pozostawia powierzchnię narażoną na większe i częstsze uderzenia meteorytów.

Do tej pory naukowcy planetarni polegali na obrazach orbitalnych i modelach pochodzących z dobrze zachowanych kraterów powstałych w wyniku uderzeń meteorytów na Księżycu, ale ekstrapolacja tych oszacowań na Mars okazała się wyzwaniem. Naukowcy musieli uwzględnić silniejsze przyciąganie grawitacyjne Marsa i jego bliskość do pasa asteroid, co oznacza, że więcej meteorytów uderza w czerwoną planetę. Z drugiej strony, regularne burze piaskowe prowadzą do powstawania kraterów, które są znacznie mniej zachowane niż te na Księżycu i dlatego trudniejsze do wykrycia na obrazach orbitalnych. Kiedy meteoryty uderzają w planetę, fale sejsmiczne podróżują przez skorupę i płaszcz i mogą być zarejestrowane przez sejsmometry, co daje całkowicie nowy sposób mierzenia szybkości uderzeń na Marsie.

Wójcicka wyjaśnia: "Oszacowaliśmy średnice kraterów na podstawie magnitudy wszystkich VF-marsjańskich trzęsień i ich odległości, a następnie użyliśmy tego do obliczenia, ile kraterów powstało wokół lądownika InSight w ciągu roku. Następnie ekstrapolowaliśmy te dane, aby oszacować liczbę uderzeń, które zachodzą co roku na całej powierzchni Marsa."

Zenhäusern dodaje: "Podczas gdy nowe kratery najlepiej widać na płaskim i pyłowym terenie, gdzie naprawdę się wyróżniają, taki teren pokrywa mniej niż połowę powierzchni Marsa. Czuły sejsmometr InSight mógł jednak usłyszeć każde pojedyncze uderzenie w zasięgu lądownika."

Wgląd w wiek Marsa i przyszłe misje
Tak jak linie i zmarszczki na naszej twarzy zdradzają wskazówki na temat wieku różnych regionów ciała, tak rozmiar i gęstość kraterów od uderzeń meteorytów zdradzają wskazówki na temat wieku różnych regionów ciała planetarnego. Mniej kraterów oznacza młodszy fragment planety. Na przykład, Wenus ma niemal niewidoczne kratery, ponieważ jest chroniona przez gęstą atmosferę, a jej powierzchnia jest stale przekształcana przez wulkanizm, podczas gdy starożytne powierzchnie Merkurego i Księżyca są pokryte kraterami. Mars leży między tymi przykładami, z niektórymi starymi i niektórymi młodymi regionami, które można rozróżnić po liczbie kraterów.

Nowe dane pokazują, że krater o średnicy 8 metrów pojawia się niemal każdego dnia gdzieś na powierzchni Marsa, a krater o średnicy 30 metrów pojawia się średnio raz w miesiącu. Ponieważ uderzenia o hiperszybkości powodują strefy wybuchowe, które są łatwo 100 razy większe w średnicy niż krater, znajomość dokładnej liczby uderzeń jest ważna dla bezpieczeństwa misji robotycznych, ale także przyszłych misji załogowych na czerwoną planetę.

"To jest więc pierwszy artykuł tego rodzaju, który określa, jak często meteoryty uderzają w powierzchnię Marsa na podstawie danych sejsmologicznych - co było misją poziomu jeden misji InSight Mars," mówi Domenico Giardini, profesor sejsmologii i geodynamiki na ETH Zurich i współprowadzący misję NASA Mars InSight. "Takie dane odgrywają rolę w planowaniu przyszłych misji na Marsa."

Według Zenhäusern i Wójcickiej, kolejne kroki w dalszym rozwoju tych badań obejmują wykorzystanie technologii uczenia maszynowego, aby pomóc badaczom w identyfikacji dalszych kraterów na zdjęciach satelitarnych i identyfikacji zdarzeń sejsmicznych w danych.

Źródło: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich