Underjordisk vand på Mars trodser forventningerne:Fysik forbinder seismiske data med egenskaber af sten og sedimenter

En ny analyse af seismiske data fra NASAs Mars InSight-mission har afsløret et par overraskelser.

Den første overraskelse:de øverste 300 meter af undergrunden under landingsstedet nær Mars ækvator indeholder lidt eller ingen is.

"Vi finder ud af, at Mars' skorpe er svag og porøs. Sedimenterne er ikke godt cementerede. Og der er ingen is eller ikke meget is, der fylder porerummene," siger geofysiker Vashan Wright fra Scripps Institution of Oceanography ved University of California San Diego . Wright og tre medforfattere offentliggjorde deres analyse i Geophysical Research Letters .

"Disse resultater udelukker ikke, at der kan være iskorn eller små iskugler, som ikke cementerer andre mineraler sammen," sagde Wright. "Spørgsmålet er, hvor sandsynligt det er, at is er til stede i den form?"

Den anden overraskelse modsiger en førende idé om, hvad der skete med vandet på Mars. Den røde planet kan have huset oceaner af vand tidligt i sin historie. Mange eksperter havde mistanke om, at meget af vandet blev en del af de mineraler, der udgør underjordisk cement.

"Hvis du sætter vand i kontakt med sten, producerer du et helt nyt sæt mineraler, som ler, så vandet er ikke en væske. Det er en del af mineralstrukturen," sagde studiets medforfatter Michael Manga fra University of California Berkeley. "Der er noget cement, men klipperne er ikke fulde af cement."

"Vand kan også gå ind i mineraler, der ikke fungerer som cement. Men den ucementerede undergrund fjerner én måde at bevare en registrering af liv eller biologisk aktivitet på," sagde Wright. Cementer holder i sagens natur klipper og sedimenter sammen og beskytter dem mod ødelæggende erosion.

Manglen på cementerede sedimenter tyder på en vandknaphed i de 300 meter under InSights landingssted nær ækvator. Den gennemsnitlige temperatur under frysepunktet ved Mars ækvator betyder, at forholdene ville være kolde nok til at fryse vandet, hvis det var der.

Mange planetforskere, inklusive Manga, har længe haft mistanke om, at Mars-undergrunden ville være fuld af is. Deres mistanker er smeltet væk. Alligevel er der stadig store iskapper og frossen jordis ved Mars poler.

"Som videnskabsmænd er vi nu konfronteret med de bedste data, de bedste observationer. Og vores modeller forudsagde, at der stadig skulle være frossen jord på den breddegrad med grundvandsmagasiner nedenunder," siger Manga, professor og formand for Jord- og planetvidenskab ved UC Berkeley.

InSight-rumfartøjet landede på Elysium Planitia, en flad, glat slette nær Mars ækvator, i 2018. Dets instrumenter omfattede et seismometer, der måler vibrationer forårsaget af marskælv og nedstyrtende meteoritter.

Forskere kan knytte disse oplysninger til en enorm masse af viden om overfladen, herunder billeder af Mars landformer og temperaturdata. Overfladedataene antydede, at undergrunden kunne bestå af sedimentære sten og lavastrømme. Alligevel skulle holdet tage højde for usikkerheder om underjordiske egenskaber såsom porøsitet og mineralindhold.

Seismiske bølger fra marskælv giver fingerpeg om arten af ​​de materialer, de rejser igennem. Mulige cementeringsmineraler - såsom calcit, ler, kaolinit og gips - påvirker seismiske hastigheder. Wrights team hos Scripps Oceanography anvendte bjergfysisk computermodellering til at fortolke hastighederne afledt af InSight-dataene.

"Vi kørte vores modeller 10.000 gange hver for at få usikkerheden indarbejdet i vores svar," sagde medforfatter Richard Kilburn, en kandidatstuderende, der arbejder i Scripps Tectonorockphysics Lab ledet af Wright. Simuleringer, der viser en undergrund, der overvejende består af ucementeret materiale, passer bedst til dataene.

Forskere ønsker at undersøge undergrunden, for hvis der eksisterer liv på Mars, er det der, det ville være. Der er intet flydende vand på overfladen, og livet under overfladen ville være beskyttet mod stråling. Efter en prøve-retur-mission er en NASA-prioritet for det næste årti Mars Life Explorer-missionskonceptet. Målet er at bore to meter ind i Mars-skorpen på høj breddegrad for at søge efter liv, hvor is, sten og atmosfæren mødes.

Allerede under overvejelse er den foreslåede internationale robotiske Mars Ice Mapper-mission for at hjælpe NASA med at identificere potentielle videnskabelige mål for de første menneskelige missioner til Mars. Scripps Oceanography hjælper med at forberede unge videnskabsmænd til at bidrage til sådanne missioner.

"Hele mit liv, da jeg voksede op, har jeg hørt, at Jorden kan blive ubeboelig," sagde studie medforfatter Jhardel Dasent, en anden kandidatstuderende i laboratoriet Wright leder. "Jeg er i den alder nu, hvor jeg kan bidrage til at producere viden om en anden planet, der kan bringe os derhen."

Denne forskning blev finansieret af National Science Foundation, NASA og CIFAR Earth 4D-programmet. + Udforsk yderligere

Analyse af Mars' vind-inducerede vibrationer kaster lys over planetens underjordiske egenskaber