دانشمندان داخل مریخ "نگاه" کردند و این همان چیزی است که در آنجا پیدا کردند

دانشمندان داخل مریخ "نگاه" کردند و این همان چیزی است که در آنجا پیدا کردند
دانشمندان داخل مریخ "نگاه" کردند و این همان چیزی است که در آنجا پیدا کردند
Anonim

دانشمندان هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد سیاره سرخ دارند. در این بین ، دستگاه های InSight و Perseverance داده های بی سابقه ای را در مورد همه چیزهایی که در مریخ شناسایی می شود به زمین ارسال می کنند. با تشکر از این ، دانشمندان کلید درک تکامل سیاره سرخ و تفاوتهای آن با زمین را دریافت کردند.

دستگاه های InSight و Perseverance داده های بی سابقه ای را در مورد همه چیز از زمین از زمین لرزه ها گرفته تا اطلاعات مربوط به لایه های داخلی سیاره سرخ ارسال می کنند.

اگر مردم روی زمین در حال مبارزه شدید با همه گیری کووید -19 هستند ، از گرمای بی سابقه رنج می برند و سعی می کنند بفهمند چگونه مطمئن شوند که آب آنها تمام نمی شود ، پس سفینه های ما در مریخ بسیار آرام تر زندگی می کنند. (این به آنها کمک می کند تا نیازی به تنفس نداشته باشند.) این لندر Insight که در سطح مریخ پارک شده است ، به زمین لرزه ها گوش می دهد ، در حالی که مریخ نورد پشتکار در جستجوی زندگی می چرخد.

این هفته ، دانشمندان مجموعه ای از یافته های علمی را بر اساس اطلاعات جمع آوری شده از روبات های شجاع رونمایی کردند. امروز آنها سه مقاله در مجله Science منتشر کرده اند که توسط ده ها دانشمند از سراسر جهان تهیه شده است. در آنها ، محققان در مورد روش های هوشمندانه استفاده از لرزه سنج دستگاه "بینش" صحبت می کنند ، که با کمک آنها توانستند به عمق سیاره سرخ نگاه کنند. این ساز آنها را با دانش بی سابقه ای از پوسته ، گوشته و هسته مریخ غنی کرد. دانشمندان برای اولین بار درون یک سیاره دیگر را ترسیم کرده اند. و دیروز ، گروه دوم دانشمندان یک کنفرانس مطبوعاتی برگزار کردند که در آن نتایج اولیه کار تحقیقاتی مریخ نورد Perseverance را اعلام کردند و همچنین در مورد مراحل بعدی که در مطالعه سطح دهانه Jezero انجام خواهد داد صحبت کردند. این دهانه زمانی دریاچه ای بوده است و می تواند محل زندگی میکروبی باستانی باشد.

دانشمندان هنوز چیزهای زیادی برای یادگیری در مورد سیاره سرخ دارند. سان کوتار ، زلزله شناس دانشگاه کمبریج ، که در سه مطالعه جدید مقاله ای برای Sainz نوشت ، می گوید: "این ساختمان از اجزای یکسانی مانند زمین ساخته شده است ، اما بسیار متفاوت از آن است." - شواهد زیادی وجود دارد که نشان می دهد تکامل مریخ از جهات مختلف متفاوت بوده است. و اکنون ، هنگامی که دانشمندان تصویر داخلی لایه های سیاره را تشکیل می دهند ، ما روشهای جدیدی برای درک چگونگی شکل گیری مریخ و چگونگی بوجود آمدن آن داریم."

هنگام مقایسه دو سیاره ، س questionsالات جالب بسیاری ایجاد می شود. به عنوان مثال ، چرا زمین دارای میدان مغناطیسی است ، در حالی که به نظر می رسد مریخ ناپدید شده است؟ چرا آتشفشانهای زیادی روی زمین وجود دارد و بسیار پراکنده اند ، در حالی که آتشفشانهای مریخ بزرگتر و متمرکزتر هستند؟ (کوه المپ با قطر 602 کیلومتر و ارتفاع تقریبا 26 کیلومتری ، بزرگترین آتشفشان شناخته شده در منظومه شمسی است.) تشکیل مریخ احتمالاً با فاجعه های متعددی همراه بوده است ، اما اکنون همه چیز در سطح آن آرام است. و برخلاف زمین ، فعالیتهای آتشفشانی کمی وجود دارد. (با این حال ، در ماه مه ، دانشمندان شواهدی از چنین فعالیت اخیر ارائه کردند.) تنها با نگاه عمیق تر به زیر سطح زمین ، محققان می توانند چنین عجایب مریخ و ویژگی های یک زمین مشابه را بهتر درک کنند.

اما قبل از وارد شدن به بهمن این ادبیات علمی ، باید دوره کوتاهی را در مورد ساختار مریخ و دستگاه "بصیرت" برای کاوش آن در نظر بگیریم. در مقایسه با زمین ، سیاره سرخ از نظر زمین شناسی کاملاً آرام است. از آنجا که سیاره ما دارای صفحات تکتونیکی است ، که تکه های عظیمی از زمین هستند و بر روی گوشته زیرین حرکت می کنند ، سطح آن به معنای واقعی کلمه با فعالیت هایی مانند آتشفشان ها و زمین لرزه های فاجعه بار منفجر می شود. هیچ صفحه تکتونیکی در مریخ وجود ندارد ، زیرا هسته آن در همان ابتدای وجود سیاره سرخ به سرعت شکل گرفت و سرد شد. امروزه مریخ در اثر لرزش های کوچکی متزلزل می شود که احتمالاً در اثر کوچک شدن یک سیاره خنک کننده ایجاد شده است.

وظیفه کاوشگر اینسایت این است که چنین زمین لرزه هایی را با استفاده از لرزه سنج تشخیص دهد ، که از فوریه 2019 این کار را انجام داده است. این ابزار تنوع فوق العاده ای از داده های لرزه ای را در اختیار دانشمندان قرار می دهد ، به ویژه در مورد دو پدیده-موج P (امواج فشاری) و امواج S (امواج برشی) ، که در اثر زلزله رخ می دهد. بریجیت ناپمایر اندرون ، زلزله شناس در دانشگاه کلن ، که نویسنده اصلی این مطالعه است ، می گوید: "امواج P موج های لرزه ای طولی هستند ، مانند صدا در هوا ، و سریع ترین امواج هستند که در اجسام سیاره ای منتشر می شوند." مدل سازی پوست مریخ "ما همچنین امواج ثانویه ، موج S یا امواج برشی داریم. این حرکت بیشتر شبیه لرزش تارهای گیتار است."

مهمتر از همه ، امواج S کندتر از امواج P هستند. بنابراین ، هنگام وقوع زمین لرزه ، لرزه سنج کاوشگر Insight آنها را کمی دیرتر ثبت می کند. Knapmeier-Endrun می گوید: "تفاوت بین ظاهر امواج S و امواج P به ما این ایده را می دهد که محل فعالیت لرزه ای چقدر است و چقدر از ایستگاه ما فاصله دارد." این امواج نیز بسته به محیطی که از آن عبور می کنند و از آن منعکس می شوند ، متفاوت است. امواج P از سنگهای جامد ، مایعات و گازها و امواج S فقط از سنگهای جامد عبور می کنند.

با تجزیه و تحلیل امواج رسیده به لرزه سنج Insight ، دانشمندان می توانند ایده ای از ترکیب داخلی مریخ بدست آورند. از آنجا که امواج S نمی توانند به هسته مایع نفوذ کنند ، تمام انرژی آنها به طور کامل از مرز هسته و گوشته منعکس می شود. آن را برای کامپیوترها باینری در نظر بگیرید. تنها دو عنصر ، یک و صفر ، می توانند برای ایجاد برنامه نویسی بسیار پیچیده ترکیب شوند. به همین ترتیب ، دو نوع موج با هم ترکیب می شوند و تصویری پیچیده از درون مریخ را ترسیم می کنند. Knapmeier-Endrun می گوید: "ما همچنین تفاوت زمان ورود را بررسی می کنیم ، که به ما امکان می دهد ضخامت یک لایه خاص را تعیین کنیم."

با استفاده از چنین روش هایی ، او و همکارانش توانستند ضخامت پوست را تعیین کنند. پیش از این ، دانشمندان مجبور بودند از ماهواره های در مدار برای اندازه گیری تفاوت گرانش و خواص توپوگرافی در سراسر کره زمین استفاده کنند. به این ترتیب ، آنها سعی کردند ضخامت پوسته را تعیین کنند و سرانجام به این نتیجه رسیدند که به طور متوسط 110 کیلومتر است. "کناپمایر می گوید:" اکنون که اندازه گیری ها از داخل انجام شده است ، می توان گفت که این یک اغراق آشکار بود. " -اندرون. اکنون دانشمندان معتقدند که متوسط ضخامت پوسته حداکثر 72 کیلومتر است.

محققان معتقدند این پوسته از دو یا سه لایه تشکیل شده است. بالاترین لایه با ضخامت 10 کیلومتر وجود دارد ، که طبق اندازه گیری های Insight ، به طور غیر منتظره ای سبک بود. این احتمالاً به این دلیل است که این سنگ شامل سنگ خرد شده ای است که از برخورد شهاب سنگ ها به جا مانده است. لایه زیر به عمق حدود 20 کیلومتری فرو می رود. "متأسفانه ، ما مطمئن نیستیم که در آنجا چه چیزی وجود دارد ، فقط گوشته یا حتی لایه سوم پوسته. Knapmeier -Endrun می گوید. با اطمینان می توان گفت پوسته آنقدرها که قبلاً تصور می شد ضخیم نیست و چگالی آن کمتر است."

زلزله شناس سیاره ای سیمون استولر از دانشکده فنی عالی سوئیس زوریخ ، رهبری مطالعه گرمترین فضای داخلی مریخ ، هسته آن را بر عهده داشته است. اگرچه تیم استهلر راهی برای بررسی قسمت مرکزی کره زمین ندارند ، اما محققان توانستند با تجزیه و تحلیل امواج S منعکس شده از مرز بین هسته و گوشته ، اطلاعاتی را بدست آورند. این ارتعاشات که قادر به نفوذ به مایع مریخ نیستند ، به سطح باز می گردند و در آنجا توسط گیرنده های Insight ضبط می شوند. استهلر با اشاره به زمان وقوع زمین لرزه تا زمانی که طول می کشد تا هسته سیگنال را بگیرد ، می گوید: "10 دقیقه طول می کشد."با اندازه گیری این فاصله زمانی ، تیم او عمق نفوذ موج را تعیین کرد و بر این اساس عمق خود هسته را اندازه گیری کرد. معلوم شد که در حدود 1550 کیلومتر از سطح زمین شروع می شود.

دانشمندان دریافته اند که چگالی هسته به طرز شگفت آوری کم است و تنها 6 گرم در سانتی متر مکعب است. این بسیار کمتر از چیزی است که آنها از یک مرکز مریخی با آهن بالا انتظار داشتند. استهلر می گوید: "این هنوز برای ما کمی اسرارآمیز است که چرا هسته اینقدر سبک است." مطمئناً باید عناصر سبک تری وجود داشته باشد ، اگرچه مشخص نیست کدام یک از آنها است. او و تیمش امیدوارند با گذشت زمان امواج P ایجاد شده در نتیجه زمین لرزه در طرف مقابل کره زمین ، درست روبروی محلی که Insight در آن قرار دارد را ثبت کنند. از آنجا که این امواج می توانند در مرز بین هسته و گوشته نفوذ کنند ، اطلاعاتی در مورد ترکیب هسته مریخ به گیرنده لندر می دهند. Stehler توضیح می دهد ، اما مریخ باید در نیمه راه با ما ملاقات کند و چنین زلزله ای را در آن سوی کره زمین ایجاد کند.

تیم Stehler در کار علمی خود گزارش می دهد که شعاع هسته 1830 کیلومتر است. تیم دیگری به سرپرستی امیرخان ، ژئوفیزیک دانشکده فنی عالی سوئیس در زوریخ ، دریافتند که این اندازه آنقدر بزرگ است که فضای بسیار کمی برای گوشته وجود دارد ، مانند داخل زمین. این لایه ، که هسته را احاطه کرده است ، وظیفه به دام انداختن گرما را انجام می دهد. گوشته زمین به دو قسمت تقسیم می شود و بین آنها یک منطقه به اصطلاح گذار وجود دارد. لایه های بالا و پایین از مواد معدنی مختلف تشکیل شده است. خان ، که نویسنده اصلی کار در مورد توصیف گوشته مریخ شد ، می گوید: "گوشته مریخ - من این را تا حدودی با بی احترامی می گویم - نسخه ساده شده ای از گوشته زمین است که بر اساس ترکیب کانی شناسی آن قضاوت می شود."

برآورد قبلی شعاع هسته با استفاده از داده های ژئوشیمیایی و ژئوفیزیکی انجام شد و عدم وجود لایه پایین گوشته را نشان داد. اما برای تأیید این امر ، دانشمندان به داده های لرزه نگاری Insight نیاز داشتند. آنها کلید درک تکامل سیاره سرخ ، به ویژه علت از دست دادن میدان مغناطیسی آن ، که از جو و زندگی احتمالی در برابر بادهای شدید خورشیدی محافظت می کند ، شدند. برای ظهور میدان مغناطیسی ، اختلاف دما بین قسمتهای بیرونی و داخلی هسته مورد نیاز است. باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا جریانهای گردش را ایجاد کند که سیال هسته را به هم می زنند و باعث شکل گیری میدان مغناطیسی می شوند. اما هسته مریخ آنقدر سریع سرد شد که این جریانهای همرفت از بین رفت.

تجزیه و تحلیل خان همچنین نشان می دهد که مریخ دارای لیتوسفر ضخیمی است ، همانطور که گوشته سخت و سرد نامیده می شود. این ممکن است پاسخی برای این س provideال باشد که چرا سیاره سرخ دارای صفحات تکتونیکی نیست که فعالیتهای آتشفشانی قدرتمندی را بر روی زمین تحریک می کند. خان توضیح می دهد: "اگر لیتوسفر بسیار ضخیمی وجود داشته باشد ، تجزیه آن برای ایجاد نوعی صفحات تکتونیکی بر روی زمین بسیار دشوار است." "آنها ممکن است در اوایل مریخ بوده اند ، اما اکنون آنها به طور قطع بسته شده اند."

در حالی که بینش ارتعاشات داخلی مریخ را "شنود می کند" ، سپس پشتکار ، در سطح غبارآلود آن می چرخد ، به دنبال نشانه های زندگی باستانی در صخره ها است ، مکانهایی را که نمونه لایه سطحی در آن جمع آوری می شود تعیین می کند و تاریخ زمین شناسی جزرو را مطالعه می کند. توماس زوربوچن ، معاون علمی علمی ناسا در کنفرانس مطبوعاتی روز چهارشنبه در مورد موفقیت های اولیه مریخ نورد در سیاره سرخ گفت: "اکتشاف دویدن سریع نیست ، یک ماراتن است." "پشتکار تنها یک قدم در یک سفر طولانی و با برنامه ریزی دقیق برای کشف مریخ است که در سال های آینده تلاش های روبات و انسان را با هم ترکیب خواهد کرد."

در یک کنفرانس مطبوعاتی ، دانشمندان درباره کارهایی که پشتکار در طول سفر انجام می دهد صحبت کردند.ویویان سان از آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا ، مهندس سیستم در آنجا گفت: "چالش این است که دقیقاً مشخص شود به کدام سمت می خواهیم برویم و چگونه همه چیز را در برنامه خود قرار دهیم." به گفته وی ، دانشمندان تصمیم گرفتند تا Perseverance را در حدود یک کیلومتری جنوب محل فرود ارسال کنند تا اولین نمونه های سنگ را جمع آوری کنند. نمونه های جمع آوری شده در بدن مریخ نورد ذخیره می شوند و سپس آنها را در سطح سیاره قرار می دهد تا در پرواز برگشت به زمین منتقل شود.

Perseverance مجهز به بازوی روباتیک دو متری با طیف وسیعی از دستگاه های جدید است که از جمله آنها می توان به نمایشگر فناوری به نام MOXIE برای آزمایش امکان تولید اکسیژن از جو مریخ اشاره کرد. در حال حاضر توانایی خود را برای تبدیل مقادیر کم دی اکسید کربن اتمسفر به اکسیژن نشان داده است. همچنین سنسورهایی برای ارزیابی آب و هوای کنونی و دوربین هایی با وضوح بالا برای ثبت آنچه در اطراف مریخ نورد است ، وجود دارد. Ken Farley ، ژئوشیمیست Caltech می گوید: "ما فقط توسط شیاطین گرد و خاک شکنجه می شویم." اینها واقعا باد شدید شیطانی هستند ، همانطور که او می گوید ، شبیه به بادگیرهای زمینی هستند.

برخی از سنگ های موجود در عکس ها شبیه سیلت دریاچه سخت شده است. این نشان می دهد که در آنجا باید آثار حیات گذشته را در قالب نشانه های بیولوژیکی فسیل شده جستجو کرد. دانشمندان همچنین می خواهند بفهمند که سنگ های دهانه منشأ رسوبی دارند یا آتشفشانی. اگر این بقایای انتشارات آتشفشانی است ، با استفاده از رادیومتری ، می توانید سن آنها را تعیین کنید. این امر درک بهتری از تاریخ زمین شناسی مواد جمع آوری شده توسط Perseverance را ممکن می سازد. فارلی می گوید شگفت انگیزترین یافته تا به امروز علائم سیلاب های ناگهانی و تغییرات در سطح آب است. این نشان می دهد که دهانه چندین مرحله خشک شدن و پر شدن از آب در حالت مایع را پشت سر گذاشته است.

پرسورسنس مجهز به نرم افزارهای جدید مبتنی بر هوش مصنوعی ، رکورد حرکت مستقل مریخ نوردها در سطح کره زمین را شکست و این کار را در دومین روز حرکت خودکار انجام داد. مهندس رباتیک آزمایشگاه جت پیشرانش ، اولیویه توپت ، می گوید: «پیشرانه های خودران امروزه تقریباً به اندازه حرکت انسان محور هستند. یک انسان می تواند با دور زدن 30 دقیقه ای مریخ نورد ، آن را از راه دور کنترل کند. او مانورهای دقیق کالیبره شده را انجام می دهد ، از موانع جلوگیری می کند و هوش مصنوعی به شما امکان می دهد سرعت دستگاه را افزایش دهید. این نرم افزار نقشه سه بعدی از سطحی را که وسیله نقلیه در آن حرکت می کند ایجاد می کند و به آن امکان می دهد مسیر خود را در زمان واقعی بهینه و به روز کند. به گفته توپه ، حداکثر مسافت طی شده به صورت خودکار در مریخ حدود 107 متر است. دانشمندان انتظار دارند استقامت این رقم را در چند هفته آینده چهار برابر کند.

پس از تکمیل یک جناح جنوبی ، Perseverance به سمت شمال غربی به سمت دلتای رودخانه باستانی حرکت می کند که زمانی آبهای خود را به دهانه Jezero منتقل می کرد. سپس او شروع به استفاده کامل از ابزارهای روی کشتی می کند تا ترکیب شیمیایی و کانی شناسی سنگ های مریخی محلی و همچنین شکل و بافت آنها را تعیین کند. این اطلاعات به دانشمندان کمک می کند تا درباره جریان آب باستانی این حوضه اطلاعات بیشتری کسب کنند.

و "بصیرت" واقع در چندین هزار کیلومتر دورتر همچنان لرزه های زیرسطحی را ثبت می کند و ساختار داخلی این سیاره سنگی را آشکار می کند ، که دانشمندان با استفاده از لرزه نگاری توانسته اند آن را مشخص کنند. کوتار می گوید: "این یک منطقه تحقیقاتی بسیار جوان برای بشریت است." "ما به ستاره ها خیلی بیشتر از پای خود نگاه می کنیم."

توصیه شده: