NASAs InSight hører sine første meteoroidnedslag på Mars

NASAs InSight Mars-lander har opdaget seismiske bølger fra fire rumsten, der styrtede ned på Mars i 2020 og 2021.

Ikke alene repræsenterer disse de første nedslag, der er opdaget af rumfartøjets seismometer, siden InSight landede på Mars i 2018, men det markerer også første gang, at seismiske og akustiske bølger fra et nedslag er blevet opdaget på den røde planet - en udvikling, der giver forskerne en ny måde at studere Mars' skorpe, kappe og kerne på.

En ny undersøgelse offentliggjort i Nature Geoscience — som Brown University Assistant Professor (forskning) i Jord-, Miljø- og Planetvidenskab Ingrid Daubar er medforfatter på — beskriver påvirkningerne, som varierede mellem 53 og 180 miles fra InSights placering, en region på Mars kaldet Elysium Planitia.

"Det var super spændende," huskede Daubar om påvirkningerne. "Mine yndlingsbilleder er billederne af selve kraterne. Efter tre års venten på et nedslag, så disse kratere smukke ud."

Af de fire bekræftede meteoroider, som er betegnelsen for rumsten, før de ramte jorden, var den første, holdet fandt, den mest dramatiske entré:Den trådte ind i Mars atmosfære den 5. september 2021 og eksploderede i mindst tre skår. at hver efterlod kratere.

Da NASAs Mars Reconnaissance Orbiter fløj over det anslåede nedslagssted for at bekræfte placeringen, brugte den sit sort-hvide kontekstkamera til at afsløre tre mørke pletter på overfladen. Efter at have lokaliseret disse pletter, brugte orbiterens hold kameraet High-Resolution Imaging Science Experiment til at få et farvenærbillede af kraterne. Der er også tilgængelig lyd af påvirkningerne.

Efter at have gennemgået tidligere data blev tre andre påvirkninger bekræftet som opstået den 27. maj 2020; 18. februar 2021; og 31. august 2021.

"At have en virkelig præcis placering for kilden til påvirkningerne kalibrerer alle andre data for missionen," sagde Daubar. "Dette validerer de estimater, vi har lavet, og vil give os mulighed for at gøre dette mere præcist... Det fortæller os også meget om selve påvirkningsprocessen og de seismiske resultater. Vi har faktisk aldrig set dette før."

Forskere har undret sig over, hvorfor de ikke har opdaget flere meteoroidnedslag på Mars. Den røde planet er ved siden af ​​solsystemets vigtigste asteroidebælte, som giver rigelig forsyning af rumsten til at arre planetens overflade. Fordi Mars' atmosfære kun er 1 % så tyk som Jordens, passerer flere meteoroider gennem den uden at gå i opløsning.

Desuden har InSights seismometer registreret mere end 1.300 "marsquakes". Leveret af Frankrigs rumagentur, Centre National d'Études Spatiales, er instrumentet så følsomt, at det kan registrere seismiske bølger på tusindvis af kilometers afstand. Men begivenheden den 5. september 2021 markerer første gang, en påvirkning blev opdaget.

InSights team har mistanke om, at andre påvirkninger kan være blevet skjult af støj fra vind eller sæsonbestemte ændringer i atmosfæren. Nu hvor den karakteristiske seismiske signatur af et nedslag på Mars er blevet opdaget, forventer forskerne at finde flere gemmer sig inden for InSights næsten fire års data.

Planetarisk passion

For Daubar – som udover sin rolle hos Brown er forsker ved NASA Jet Propulsion Laboratory, der leder Impact Cratering Working Group på InSight-missionen – ser hun dataens potentiale for at muliggøre yderligere undersøgelse af andre planeter, inklusive Jorden.

"I en bredere forstand er grunden til, at vi studerer andre planeter, for at forstå vores egen planet bedre," sagde hun.

Daubar har været assisterende professor i planetariske videnskaber ved Brown i tre år, men hendes kosmiske nysgerrighed udviklede sig meget tidligere.

"Jeg var så heldig, at min offentlige gymnasieskole i East Lyme, Connecticut, havde et planetarium," sagde Daubar. "Det satte gang i min interesse for astronomi og rummet."

På college tog hun hovedfag i astronomi ved Cornell University. Hun fortsatte med at opnå en ph.d. i planetariske videnskaber ved University of Arizona og blev forsker hos JPL.

"Jeg elsker kratere," sagde Daubar. "Jeg tror, ​​de er en af ​​de mere spændende planetariske processer, vi kan studere."

Daubar er blandt flere hundrede videnskabsmænd og ingeniører rundt om i verden, der bidrager til InSight-missionen, sagde hun.

"Jeg er en visuel person, og jeg har arbejdet meget på kameraer," sagde hun, "så for mig er det virkelig spændende at have det visuelle bevis på dette fysiske fænomen. Vi har faktisk 'før og efter' billeder. Det er så fedt for mig, at overfladen på denne plante ændrer sig lige nu. Det er ikke en gammel geologisk proces."

Videnskaben bag strejkerne

Dataene fra meteoroide-nedslagene giver forskellige spor, som vil hjælpe forskere til bedre at forstå Mars.

"Vi har tonsvis af data, hvilket er virkelig spændende for forskere," sagde Daubar. "Vi har udforsket planeten meget. Der er meget, vi ved – og meget, vi ikke ved."

De fleste marskælv er forårsaget af underjordiske sten, der revner fra varme og tryk. At studere, hvordan de resulterende seismiske bølger ændrer sig, når de bevæger sig gennem forskelligt materiale, giver forskerne en måde at studere Mars' skorpe, kappe og kerne på.

De fire påvirkninger, der hidtil er bekræftet, har produceret små jordskælv med en styrke på højst 2,0. Det giver ikke forskerne et glimt dybere end Mars-skorpen, hvorimod seismiske signaler fra større jordskælv, f.eks. stormen på 5, der fandt sted i maj 2022, kan afsløre detaljer om planetens kappe og kerne.

"Disse særlige påvirkninger er virkelig små og tætte - de gik ikke gennem kappe og kerne," sagde Daubar. "Men det giver os mulighed for at bruge denne viden til hele kataloget af begivenheder med en ny forståelse fra disse datapunkter om placering og kilde."

Det er vigtigt, at påvirkningerne vil være afgørende for at forfine Mars' tidslinje.

"Påvirkninger er solsystemets ure," sagde Raphael Garcia, fra Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace i Toulouse, Frankrig, som er undersøgelsens hovedforfatter. "Vi er nødt til at kende slaghastigheden i dag for at vurdere alderen på forskellige overflader."

Forskere kan tilnærme alderen på en planets overflade ved at tælle dens nedslagskratere. På Mars har overfladen haft mere tid til at akkumulere nedslagskratere af forskellige størrelser, fordi planeten mangler den tektoniske pladebevægelse og aktive vulkanisme, der konstant fornyer overfladen, som de gør på Jorden. Ved at kalibrere statistiske modeller baseret på, hvor ofte de ser påvirkninger ske nu, kan videnskabsmænd vurdere, hvor mange flere påvirkninger der skete tidligere i solsystemets historie.

"Seismologi er en måde, vi kan fortælle, hvad der er inde i en planet," forklarede Daubar. "InSight-missionen er den første mission, der rent faktisk studerer planetens indre."

InSights data, i kombination med orbitalbilleder, kan bruges til at genopbygge en meteoroids bane og hvor stor dens chokbølge var. Hver meteoroid skaber en chokbølge, når den rammer atmosfæren og en eksplosion, når den rammer jorden. Disse begivenheder sender lydbølger gennem atmosfæren. Jo større eksplosionen er, jo mere hælder denne lydbølge jorden, når den når InSight. Landerens seismometer er følsomt nok til at måle, hvor meget jorden hælder fra en sådan hændelse og i hvilken retning.

"Vi lærer mere om selve virkningsprocessen," sagde Garcia. "Vi kan matche forskellige størrelser af kratere til specifikke seismiske og akustiske bølger nu." + Udforsk yderligere

NASA's InSight registrerer monsterskælv på Mars