Structuur van het binnenste van Mars onthuld door seismische gegevens van InSight
Brussel, 23 juli 2021 – Nieuwe resultaten van de NASA InSight-missie op Mars worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science, waaraan Attilio Rivoldini, onderzoeker van de Koninklijke Sterrenwacht van België, een bijdrage heeft geleverd. Op basis van meer dan twee jaar gegevens van de InSight-seismometer SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), en met gebruikmaking van bestaande geofysische modellen van het binnenste van Mars, konden de onderzoekers de grootte van de vloeibare kern van Mars bepalen en de structuur van de korst en het bovenste deel van de mantel bestuderen. Deze resultaten vergroten onze kennis over de huidige structuur van het binnenste van Mars en geven belangrijke inzichten in de vorming en evolutie van de planeet.
Artistieke impressie van de Insight-lander van NASA, met het SEIS-instrument uitgelicht in de afbeelding. Credit: NASA/JPL.
Tot voor kort konden wetenschappers het binnenste van Mars bestuderen door de rotatie, het zwaartekrachtsveld, de topografie en de geologie van de planeet te meten met satellieten in een baan om Mars, stationaire rovers en instrumenten op het Marsoppervlak. Dankzij het SEIS-instrument, dat in december 2018 op het Marsoppervlak is geplaatst, beschikken onderzoekers nu over meer dan twee jaar seismische waarnemingen die nieuwe informatie opleveren over de structuur van het binnenste van Mars, 130 jaar na de eerste seismische metingen op aarde en 50 jaar na de plaatsing van een seismometer op de maan tijdens de Apollo-missies.
De auteurs van de twee Science-publicaties, waaraan Attilio Rivoldini heeft bijgedragen, hebben de seismologische gegevens geanalyseerd om de straal van de vloeibare kern en de structuur van de korst van Mars te bepalen.
De resultaten tonen aan dat de kern een straal heeft van ongeveer 1830 ± 40 kilometer. Deze bepaling van de straal komt goed overeen met eerdere schattingen op basis van rotatie- en zwaartekrachtgegevens, maar is nauwkeuriger. De afgeleide straal impliceert een relatief lage dichtheid van de ijzerrijke kern en bijgevolg een fractie lichte elementen die aanzienlijk groter is dan die in de kern van de aarde. Het laatste resultaat suggereert een volledig gesmolten kern, wat in overeenstemming is met de vroege stopzetting van de Martiaanse dynamo. De voortdurende kristallisatie van een binnenkern zou hoogstwaarschijnlijk hebben geleid tot een aanzienlijke verlenging van zijn levensduur. De grote kern sluit ook de aanwezigheid van het mineraal bridgmaniet, het meest voorkomende mineraal in de mantel van de aarde, in de mantel van Mars uit.
Uit de seismische sondering van de korst onder de lander InSight bleek dat de korst op die plaats ofwel 20 km dik en tweelagig is, ofwel 39 km dik en drielagig. Door deze resultaten met behulp van topografische en gravitatiegegevens te integreren in een model voor de hele planeet, kwamen de onderzoekers uit op een gemiddelde dikte van de korst tussen 24 km en 72 km. De auteurs voerden ook een geodynamische modellering uit op basis van deze resultaten. Zij ontdekten dat, als de korst dik is, de concentratie van radioactieve warmteproducerende elementen in de korst overeenkomt met eerdere waarnemingen aan het oppervlak. Als de korst dun is, zijn grotere concentraties van die elementen vereist. De hoeveelheid warmteproducerende elementen in de korst is gerelateerd aan die van de hele planeet en heeft belangrijke implicaties voor de vroegere en huidige interne warmte van Mars.
Bijkomende en lopende analyses van seismologische gegevens en van gegevens van het RISE-radio-instrument (Rotation and Interior Structure Experiment) aan boord van InSight zullen onze kennis van het diepe inwendige van Mars en ons begrip van de vorming en evolutie van Mars verder vergroten.
De artikels:
Stähler et al. (including Attilio Rivoldini), Seismic detection of the martian core, Science, 23 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6553, pp. 443-448. DOI: 10.1126/science.abi7730.
Knapmeyer-Endrun et al. (including Attilio Rivoldini), Thickness and structure of the martian crust from InSight seismic data, Science, 23 Jul 2021: Vol. 373, Issue 6553, pp. 438-443. DOI: 10.1126/science.abf8966 .