Måneskælv og marskælv:Hvordan vi kigger ind i andre verdener

Aflytning af gys og støn, der genlyder dybt inde i fremmede verdener som Mars og månen, afslører, hvad der ligger langt under deres overflader og kunne lære os mere om, hvordan vores egen planet blev til.

På jorden, vi kan mærke og se de ofte skræmmende resultater af de tektoniske plader, der flytter sig under vores fødder. Mens de kværner sammen, de genererer jordskælv, der producerer seismiske bølger, der giver genlyd gennem lag af sten, magma og metal dybt inde i vores planet.

Forskere kan overvåge disse seismiske bølger ved hjælp af en række instrumenter, der opfanger selv svage vibrationer, der passerer gennem jordens skorpe og kerne. At studere, hvordan disse bølgers adfærd ændrer sig, når de passerer gennem vores planets indre, afslører detaljer om, hvad der ligger dybt inde i Jorden, langt ude af vores syne.

Men Jorden er ikke det eneste sted i vores solsystem, der oplever seismisk aktivitet. Både Mars og månen oplever også jordskælv - dog af andre årsager end her på Jorden. Seismometre opsat på månen og - for nylig - på Mars, tillader forskere at undersøge det indre af begge disse fjerne verdener.

Resultaterne viser, at mens jorden er på overfladen, Mars og månen er ikke ens, under den har de mere tilfælles end man kunne ane, men med nogle slående forskelle.

Måneskælv

Måneskælv – som de er kendt på månen – frembringes som et resultat af meteoroider, der rammer overfladen eller af jordens tyngdekraft, der klemmer og strækker månens indre, på samme måde som månens tidevandstræk på Jordens oceaner. Når månens indre afkøles, det får også månen til at skrumpe og skrumpe som en rosin, forårsager andre skælv, når skorpen spænder og knækker. Varme fra solen kan også producere termiske jordskælv på grund af temperaturforskellen i måneskorpen, når månen kommer frem fra sin nat.

Fem seismometre er blevet sat ind på månen, efterladt af astronauter under Apollo-missionerne mellem 1969 og 1972. Det første måne-seismometer blev sat op af Neil Armstrong og Buzz Aldrin på Apollo 11-missionen. Efter at have installeret instrumentet, Aldrin stampede på månens overflade for at kontrollere, at den virkede - med instrumentet, der opfangede bølgerne fra hans fod.

De andre fire seismometre blev efterladt af efterfølgende missioner, og de blev betjent indtil 1977, fem år efter den sidste Apollo-astronaut satte deres fod på månens overflade. Men omkring 43 år senere, deres data bliver stadig undersøgt af videnskabsmænd.

SeisMo er et projekt, der for nylig genanalyserede dataene. "Vi prøvede at anvende en teknik, som bruges ret almindeligt på Jorden, " sagde Dr. Ceri Nunn, fra NASA's Jet Propulsion Laboratory i Californien, OS, den ledende videnskabsmand på projektet. "Hvis du krydskorrelerer støjen mellem stationer, du kan faktisk se bølger rejse mellem dem. Den første station er en kilde, og den anden station er en modtager."

Desværre, Dr. Nunn var ikke i stand til at opfange lignende mønstre i dataene fra månen. Men den fejl afslørede noget andet om månen - nemlig at den ikke ser ud til at have overfladebølger, som bliver fanget i de øverste lag af sten og hopper rundt. "Den bølge ser ikke ud til at eksistere på månen, " sagde Dr. Nunn.

Dette tyder på, at det øverste lag af månens overflade sandsynligvis er meget brækket, og op til 100 kilometer tyk, som begge forstyrrer bevægelsen af ​​seismiske bølger hen over overfladen. "Dette meget sprækkede lag ændrer den måde, seismiske bølger opfører sig på, " sagde Dr. Nunn.

I øjeblikket er der ingen aktive seismometre på månen. Men der er forslag om at sende nye seismometre tilbage til månens overflade i fremtidige missioner.

"Vi er interesserede i at bruge meget mindre seismometre, muligvis leveret af penetratorer, som næsten er som missilformede objekter, " sagde Dr. Nunn. "Du sætter et meget lille seismometer i ryggen og sender dem derefter enten fra en nedstigende lander eller direkte fra Jorden."

Spørgsmål

At sætte nye seismometre på månen kunne besvare flere udestående spørgsmål, såsom hvorfor der er store strukturelle forskelle mellem den nære side af månen, der peger mod os, og den fjerne side, der peger væk.

'(Det kunne være) relateret til den interne struktur, " sagde Dr. Nunn. "Der er en teori (månen) blev ramt igen, efter at den blev dannet af en anden måne, og det er derfor, du får denne mærkelige asymmetri. At udforske den interne struktur ville være interessant. Og derudover vil vi gerne begrænse, hvor tyk kernen er."

At forstå dette kunne hjælpe med at bevise teorier om, hvordan disse tidlige, katastrofale påvirkninger omkring det tidspunkt, hvor Jorden og månen blev dannet, hjalp med at bestemme de strukturer, de har i dag.

På Mars, imidlertid, tingene er lidt anderledes. Marskælv frembringes ikke af tidevandsinteraktioner, men ved at planeten afkøles og trækker sig sammen, producerer dybe belastninger. Meteoroidpåvirkninger menes også at spille en rolle, ligesom på månen, sender seismiske bølger rundt om planeten.

Eksistensen af ​​marskælv var aldrig blevet bevist, før forskere landede et seismometer på den røde planet i 2018 som en del af NASAs InSight-mission. InSight Mars-landeren opdagede det første definitive marsskælv nogensinde den 6. april 2019 ved hjælp af dets Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) instrument, som var blevet anbragt forsigtigt på overfladen af ​​landerens robotarm kort efter, at den landede den 26. november 2018. Siden da er omkring 500 efterfølgende hændelser også blevet opdaget.

Vulkanisk aktivitet

Mens de fleste marskælv har været relativt små, nogle af disse har været store nok - næsten svarende til et jordskælv med en styrke på 4 - til at kunne spores tilbage til deres kilde, et område kendt som Cerberus Fossae, omkring 1, 600 kilometer øst for InSight. Det menes, at skælvene der er forårsaget af opbygning af stress, når brud i Mars skorpen strækkes, muligvis ved vulkansk aktivitet.

Mens de større jordskælv ser ud til at stamme fra kappen under Mars skorpen, de mindre marskælv menes at begynde i selve skorpen. Hastigheden af ​​seismiske bølger i den øvre Mars skorpe, imidlertid, i de første otte til 11 kilometer, synes at være omkring 50 % lavere end i lignende sten på Jorden.

Forskere, der er en del af GeoInSight-projektet, har studeret geologien af ​​overfladen omkring InSight-landingsstedet for at forstå mere om, hvad der kan foregå. De brugte billeder og data fra NASAs Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) til at studere Elysium Planitia-området, før InSight ankom.

Billederne afslørede, at der er lavastrømme 200 til 300 meter under landeren, ifølge Dr. Lu Pan fra Københavns Universitet, Danmark, projektkoordinatoren på GeoInsight. "Men under de lavastrømme, vi har sedimentære klipper og lerholdige klipper nogle få kilometer i dybden, " hun sagde.

Denne lagdeling er en forklaring på den lavere hastighed af de seismiske bølger, siger Dr. Pan, fordi sedimentære bjergarter har en høj porøsitet, der kan bremse bølgerne. En anden mulighed er, at den øvre skorpe er blevet stærkt beskadiget og brækket af meteoritnedslag og andre processer, producerer mere modstand til bølgerne.

Resultaterne har også betydning for nogle af InSights andre resultater, bemærkede Dr. Pan. "For eksempel, en af ​​de spændende opdagelser af InSight var magnetfeltet, (som var) ti gange mere end vi observerede fra kredsløb, " sagde hun. "Efter at have etableret stratigrafien (lagdelingen af ​​klipperne), vi kunne hjælpe med at sætte nogle begrænsninger på, hvor magnetfeltet kom fra - stratigrafi fra før 3,9 milliarder år (siden)."

Nynnen

Mens InSight vil fortsætte med at sondere det indre af Mars med sit SEIS-instrument, videnskabsmænd er ivrige efter også at opklare mysteriet om en mærkelig læsning, den har opfanget.

"Der er denne brummen ved en bestemt frekvens, der opstår, når der er en anden begivenhed, " sagde Dr. Pan. "Vi forstår ikke rigtig, hvad det er. Nogle gange, når der er et jordskælv, vi ser, at brummen kommer bagefter. Vi har ikke rigtig en god analog på Jorden."

Mens InSight og dets instrumenter lytter til den røde planets indre funktioner, det kan hjælpe med at afsløre kilden til denne brummen og afsløre, hvad der virkelig ligger dybt inde i denne fremmede verden.