Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
NASA:s InSight Mars-landare har upptäckt seismiska vågor från fyra rymdstenar som kraschade på Mars 2020 och 2021.
Dessa representerar inte bara de första nedslagen som upptäckts av rymdfarkostens seismometer sedan InSight landade på Mars 2018, utan det är också första gången seismiska och akustiska vågor från ett nedslag har upptäckts på den röda planeten – en utveckling som ger forskare en ny sätt att studera Mars skorpa, mantel och kärna.
En ny studie publicerad i Nature Geoscience — där Brown University Assistant Professor (forskning) i jord-, miljö- och planetvetenskaper Ingrid Daubar är medförfattare — beskriver effekterna, som varierade mellan 53 och 180 miles från InSights plats, en region på Mars som kallas Elysium Planitia.
"Det var superspännande," mindes Daubar om effekterna. "Mina favoritbilder är bilderna av själva kratrarna. Efter tre års väntan på ett nedslag såg dessa kratrar vackra ut."
Av de fyra bekräftade meteoroiderna, vilket är termen som används för rymdstenar innan de träffade marken, gjorde den första som teamet hittade den mest dramatiska entrén:den gick in i Mars atmosfär den 5 september 2021 och exploderade i minst tre skärvor att var och en lämnade kratrar efter sig.
När NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter flög över den beräknade nedslagsplatsen för att bekräfta platsen använde den sin svart-vita kontextkamera för att avslöja tre mörka fläckar på ytan. Efter att ha lokaliserat dessa fläckar använde orbiters team kameran High-Resolution Imaging Science Experiment för att få en närbild i färg av kratrarna. Det finns också ljud av effekterna tillgängliga.
Efter att ha gått igenom tidigare data bekräftades tre andra effekter som inträffade den 27 maj 2020; 18 februari 2021; och 31 augusti 2021.
"Att ha en riktigt exakt plats för källan till nedslagen kalibrerar alla andra data för uppdraget," sa Daubar. "Detta validerar de uppskattningar vi har gjort och kommer att tillåta oss att göra detta mer exakt... Det säger oss också mycket om själva påverkansprocessen och de seismiska resultaten. Vi har faktiskt aldrig sett detta förut."
Forskare har undrat varför de inte har upptäckt fler meteoroider på Mars. Den röda planeten ligger bredvid solsystemets huvudsakliga asteroidbälte, som ger ett gott utbud av rymdstenar för att skada planetens yta. Eftersom Mars atmosfär är bara 1 % så tjock som jordens, passerar fler meteoroider genom den utan att sönderfalla.
Dessutom har InSights seismometer upptäckt mer än 1 300 "marsquakes". Instrumentet, som tillhandahålls av Frankrikes rymdorganisation, Centre National d'Études Spatiales, är så känsligt att det kan upptäcka seismiska vågor på tusentals kilometers avstånd. Men händelsen den 5 september 2021 markerar första gången en påverkan upptäcktes.
InSights team misstänker att andra effekter kan ha skymts av buller från vind eller säsongsmässiga förändringar i atmosfären. Nu när den distinkta seismiska signaturen av en nedslag på Mars har upptäckts, förväntar sig forskare att hitta fler gömmer sig inom InSights nästan fyra år av data.
Planetarisk passion
För Daubar – som förutom sin roll på Brown är forskare vid NASA Jet Propulsion Laboratory som leder Impact Cratering Working Group på InSight-uppdraget – ser hon datas potential för att möjliggöra ytterligare studier av andra planeter, inklusive jorden.
"I en vidare mening är anledningen till att vi studerar andra planeter för att förstå vår egen planet bättre", sa hon.
Daubar har varit biträdande professor i planetvetenskap vid Brown i tre år, men hennes kosmiska nyfikenhet utvecklades mycket tidigare.
"Jag hade turen att min offentliga gymnasieskola i East Lyme, Connecticut, hade ett planetarium," sa Daubar. "Det väckte mitt intresse för astronomi och rymden."
På college studerade hon astronomi vid Cornell University. Hon fortsatte med att ta en doktorsexamen. i planetvetenskap vid University of Arizona och blev forskare med JPL.
"Jag älskar kratrar," sa Daubar. "Jag tror att de är en av mer spännande planetariska processer vi kan studera."
Daubar är bland flera hundra forskare och ingenjörer runt om i världen som bidrar till InSight-uppdraget, sa hon.
"Jag är en visuell person och jag har arbetat mycket med kameror", sa hon, "så för mig är det verkligen spännande att ha visuella bevis på detta fysiska fenomen. Vi har faktiskt "före och efter"-bilder. Det är så coolt för mig att ytan på denna växt förändras just nu. Det är inte någon gammal geologisk process."
Vetenskapen bakom strejker
Data från meteoroidnedslagen ger olika ledtrådar som hjälper forskare att bättre förstå Mars.
"Vi har massor av data, vilket är riktigt spännande för forskare," sa Daubar. "Vi har utforskat planeten mycket. Det finns mycket vi vet – och mycket vi inte vet."
De flesta marsquakes orsakas av underjordiska stenar som spricker av värme och tryck. Att studera hur de resulterande seismiska vågorna förändras när de rör sig genom olika material ger forskare ett sätt att studera Mars skorpa, mantel och kärna.
De fyra nedslag som hittills bekräftats orsakade små skalv med en magnitud på högst 2,0. Det ger inte forskarna en glimt djupare än Mars-skorpan, medan seismiska signaler från större skalv, som stormen på magnituden 5 som inträffade i maj 2022, kan avslöja detaljer om planetens mantel och kärna.
"Dessa speciella effekter är väldigt små och nära - de gick inte genom mantel och kärna," sa Daubar. "Men det tillåter oss att använda denna kunskap för hela katalogen av händelser med en ny förståelse från dessa datapunkter på plats och källa."
Viktigt är att effekterna kommer att vara avgörande för att förfina Mars tidslinje.
"Påverkan är solsystemets klockor", säger Raphael Garcia, vid Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace i Toulouse, Frankrike, som är studiens huvudförfattare. "Vi behöver veta slaghastigheten idag för att uppskatta åldern på olika ytor."
Forskare kan uppskatta åldern på en planets yta genom att räkna dess nedslagskratrar. På Mars har ytan haft mer tid på sig att samla nedslagskratrar av olika storlekar eftersom planeten saknar den tektoniska plattrörelsen och aktiva vulkanismen som ständigt förnyar ytan, som de gör på jorden. Genom att kalibrera statistiska modeller baserat på hur ofta de ser nedslag inträffa nu, kan forskare uppskatta hur många fler nedslag som hände tidigare i solsystemets historia.
"Seismologi är ett sätt vi kan se vad som finns inuti en planet," förklarade Daubar. "InSight-uppdraget är det första uppdraget att faktiskt studera planetens inre."
InSights data, i kombination med orbitalbilder, kan användas för att bygga om en meteoroids bana och hur stor dess stötvåg var. Varje meteoroid skapar en chockvåg när den träffar atmosfären och en explosion när den träffar marken. Dessa händelser skickar ljudvågor genom atmosfären. Ju större explosionen är, desto mer lutar denna ljudvåg marken när den når InSight. Landarens seismometer är tillräckligt känslig för att mäta hur mycket marken lutar från en sådan händelse och i vilken riktning.
"Vi lär oss mer om själva påverkansprocessen," sa Garcia. "Vi kan matcha olika storlekar av kratrar till specifika seismiska och akustiska vågor nu." + Utforska vidare
