Med hjälp av data från NASA:s InSight Lander på Mars, Rice University seismologer har gjort de första direkta mätningarna av tre underjordiska gränser från jordskorpan till kärnan av den röda planeten.

"I slutändan kan det hjälpa oss att förstå planetarisk formation, sa Alan Levander, medförfattare till en studie tillgänglig online denna vecka i Geofysiska forskningsbrev . Medan tjockleken på Mars skorpa och djupet på dess kärna har beräknats med ett antal modeller, Levander sa att InSight-data möjliggjorde de första direkta mätningarna, som kan användas för att kontrollera modeller och i slutändan för att förbättra dem.

"I avsaknad av plattektonik på Mars, dess tidiga historia är mestadels bevarad jämfört med jorden, " sa studiens medförfattare Sizhuang Deng, en Rice-student. "Djupuppskattningarna av Mars seismiska gränser kan ge indikationer för att bättre förstå dess förflutna såväl som bildandet och utvecklingen av markplaneter i allmänhet."

Att hitta ledtrådar om Mars inre och processerna som bildade den är nyckelmål för InSight, en robotlandare som landade i november 2018. Sondens kupolformade seismometer låter forskare lyssna på svagt mullrande inuti planeten, ungefär som en läkare kan lyssna på en patients hjärtslag med ett stetoskop.

Seismometrar mäter vibrationer från seismiska vågor. Som cirkulära krusningar som markerar platsen där en sten stör ytan på en damm, seismiska vågor strömmar genom planeter, markera platsen och storleken på störningar som meteorangrepp eller jordbävningar, som lämpligen kallas marsquakes på den röda planeten. InSights seismometer registrerade mer än 170 av dessa från februari till september 2019.

Seismiska vågor förändras också subtilt när de passerar genom olika typer av sten. Seismologer har studerat mönstren i seismografiska inspelningar på jorden i mer än ett sekel och kan använda dem för att kartlägga platsen för olje- och gasfyndigheter och mycket djupare skikt.

"Det traditionella sättet att undersöka strukturer under jorden är att analysera jordbävningssignaler med hjälp av täta nätverk av seismiska stationer, " sa Deng. "Mars är mycket mindre tektoniskt aktiv, vilket innebär att det kommer att ha mycket färre marsbävningshändelser jämfört med jorden. Dessutom, med bara en seismisk station på Mars, vi kan inte använda metoder som är beroende av seismiska nätverk."

Levander, Rices Carey Crone är professor i jorden, Miljö- och planetvetenskap, och Deng analyserade InSights seismologidata från 2019 med en teknik som kallas autokorrelation av omgivande brus. "Den använder kontinuerliga brusdata som registrerats av den enda seismiska stationen på Mars för att extrahera uttalade reflektionssignaler från seismiska gränser, " sa Deng.

Den första gränsen som Deng och Levander mätte är klyftan mellan Mars skorpa och mantel nästan 35 kilometer under landern.

Den andra är en övergångszon inom manteln där magnesiumjärnsilikater genomgår en geokemisk förändring. Ovanför zonen, grundämnena bildar ett mineral som heter olivin, och under den, värme och tryck komprimerar dem till ett nytt mineral som kallas wadsleyit. Känd som övergången olivin-wadsleyit, denna zon hittades 690-727 miles (1, 110-1, 170 kilometer) under InSight.

"Temperaturen vid övergången olivin-wadsleyit är en viktig nyckel för att bygga termiska modeller av Mars, " sade Deng. "Från djupet av övergången, vi kan enkelt beräkna trycket, och med det, vi kan härleda temperaturen."

Den tredje gränsen han och Levander mätte är gränsen mellan Mars mantel och dess järnrika kärna, som de hittade cirka 945-994 miles (1, 520-1, 600 kilometer) under landaren. Bättre förståelse för denna gräns "kan ge information om planetens utveckling ur både kemisk och termisk synvinkel, " sa Deng.