Een gesmolten laag onderaan in de mantel van Mars?
Brussel, 26 oktober 2023 – De analyse, door een team van wetenschappers verbonden aan de InSight-missie, van seismische gegevens die zijn geregistreerd op Mars na een meteorietinslag die plaatsvond in september 2021 verandert onze kijk op de interne structuur en evolutie van de Rode Planeet drastisch. Een studie die hierover op 26 oktober werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature, en waaraan onderzoeker Attilio Rivoldini van de Koninklijke Sterrenwacht van België meewerkte, stelt een nieuw model voor het inwendige van Mars voor, met een heterogene mantel die een gesmolten silicaatlaag bevat boven de vloeibare metaalkern.
Artiest view van de inwendige structuur van Mars met een gesmolten laag aan de basis van de mantel en boven de kern. De paarse lijn toont het pad dat in Mars wordt gevolgd door golven die werd gegenereerd door de meteorietinslag die plaatsvond op september 2021 en afbogen langs de kern-mantelgrens. De blauwe lijn stelt het pad voor dat wordt gevolgd door een seismische golf die wordt weerkaatst aan de bovenkant van de gesmolten basislaag. Credits: CNES/IPGP.
De eerste resultaten op basis van gegevens van de InSight-missie verbeterden onze kennis over de interne structuur van Mars aanzienlijk. Ervan uitgaande dat de mantel volledig vast is en qua samenstelling homogeen, toonden de resultaten aan dat de vloeibare metaalkern een straal heeft van ongeveer 1830±40 km en een relatief lage dichtheid (6-6,2 g/cm3) met een grote concentratie lichte elementen. De grootte van deze metaalkern werd bepaald aan de hand van de detectie van seismische golven die gereflecteerd werden op een grensvlak tussen vast en vloeibaar materiaal, dat werd aanzien als de grens tussen kern en mantel.
Sindsdien heeft een analyse van nieuwe gegevens over seismische golven gegenereerd door een krachtige meteorietinslag die plaatsvond op 18 september 2021 de eerste schattingen van de interne structuur van de Rode Planeet in twijfel getrokken. Een internationaal team onder leiding van Henri Samuel, CNRS-onderzoeker aan het Institut de physique du globe de Paris, en met Attilio Rivoldini van de Koninklijke Sterrenwacht van België, bestudeerde de voortplantingstijden van deze golven en toonde op basis daarvan aan dat een gesmolten silicaatlaag onderaan in de mantel van Mars en boven de metalen kern de nieuwe gegevens kan verklaren. Op basis van deze bevinding is een nieuw structuurmodel afgeleid, gepubliceerd op 26 oktober in het tijdschrift Nature. Dit structuurmodel is niet alleen consistenter met alle beschikbare geofysische gegevens, maar verklaart ook beter de evolutie van Mars sinds zijn ontstaan.
Een gesmolten laag aan de basis van de mantel verklaart de tot nu toe onverklaarde abnormaal langzame voortplanting van afgebogen golven langs de kern-mantelgrens op september 2021. Voor verschillende eerdere seismische gebeurtenissen kunnen de aankomsttijden van seismische golven verklaard worden door reflecties van seismische golven aan de bovenkant van de gesmolten laag (enkele tientallen kilometers boven de metalen kern) en niet op het kern-mantelgrens, zoals eerder werd aangenomen.
De aanwezigheid van deze gesmolten laag aan de basis van de mantel impliceert dat de straal van de metalen kern 150 tot 170 km kleiner is (d.w.z. een straal van 1650±20 km) dan eerdere schattingen. “Deze kleinere kern heeft ook een 5 tot 8% grotere massadichtheid (d.w.z. 6,5 g/cm3), en daarom zijn er minder lichte elementen in de kern dan eerder werd gedacht, wat beter verenigbaar is met kosmochemische gegevens die zijn afgeleid uit de analyse van meteorieten afkomstig van Mars en met resultaten van hogedrukexperimenten”, legt Attilio Rivoldini uit.
De auteurs van de studie stellen daarom voor dat Mars in een vroege fase een magma oceaan had die door kristallisatie een stabiele laag aan de basis van de mantel produceerde die verrijkt was met ijzer en radioactieve elementen. De hitte die vrijkwam door radioactief verval leidde vervolgens tot een laag van gesmolten silicaten boven de kern.
Het persbericht van de IPGP (in het Engels): https://www.ipgp.fr/en/news-and-agenda/news/insight-seismic-data-reveals-a-molten-layer-at-the-base-of-the-martian-mantle/
Reference:
H. Samuel, M. Drilleau, A. Rivoldini, Z. Xu, Q. Huang, R. F. Garcia, V. Lekic, J.C.E Irving, J. Badro, P. H. Lognonné, J. A. D. Connolly, T. Kawamura, T. Gudkova and W. B. Banerdt, ‘Geophysical evidence for an enriched molten silicate layer above Mars’ core’, Nature, DOI: 10.1038/s41586-023-06601-8.
Over InSight en SEIS:
NASA’s InSight-missie eindigde officieel in december 2022 na meer dan vier jaar unieke wetenschappelijke gegevens te hebben verzameld op Mars.
JPL beheerde de InSight-missie namens NASA’s Science Mission Directorate. InSight maakt deel uit van NASA’s Discovery-programma, dat wordt beheerd door het Marshall Space Flight Center (MSFC), een NASA faciliteit in Huntsville, Alabama. Lockheed Martin Space in Denver bouwde de InSight sonde, inclusief de cruise-fase en lander, en ondersteunde de werking van het ruimtevaartuig tijdens de missie. CNES was de hoofdaannemer voor SEIS en het Institut de physique du globe de Paris (Université Paris Cité/IPGP/CNRS) nam de wetenschappelijke verantwoordelijkheid ervoor op zich. CNES financiert de Franse bijdragen, coördineert het internationale consortium (*) en was verantwoordelijk voor de integratie, het testen en de levering van het complete instrument aan NASA. Het IPGP ontwierp de VBB-sensoren (Very Broad Band), testte ze voor de levering aan CNES en draagt bij aan de werking van VBB’s op Mars.
De SEIS- en APSS-operaties werden uitgevoerd door CNES binnen FOCSE-SISMOC, met de steun van het Centro de Astrobiologia (Spanje). SEIS-gegevens worden geformatteerd en gedistribueerd door de Mars SEIS Data Service van IPG Paris, als onderdeel van de National Observation Service InSight waaraan LPG ook bijdraagt en, voor Seismo-activiteiten op de school, GéoAzur. De dagelijkse identificatie van aardbevingen werd uitgevoerd door de InSight Mars Quake Service, een collaboratieve operationele dienst geleid door ETH Zürich waaraan seismologen van IPG Paris, de Universiteit van Bristol (VK) en Imperial College London (VK) meewerkten.
Verschillende andere CNRS-laboratoria, waaronder LMD (CNRS/ENS Paris/Ecole polytechnique/Sorbonne University), LPG (CNRS/Nantes University/Le Mans University/University of Angers), IRAP (CNRS/Universiteit van Toulouse/CNES ), het LGL-TPE (CNRS/Ecole Normale Supérieure de Lyon/Claude Bernard University Lyon 1), het IMPMC (Sorbonne Universiteit/Nationaal Natuurhistorisch Museum/CNRS) en LAGRANGE (CNRS/Université Côte d’Azur/Observatorium van de Côte d’Azur) nemen samen met het IPGP en ISAE-SUPAERO deel aan de analyse van gegevens van de InSight-missie. Deze analyses worden ondersteund door CNES en het Nationaal Agentschap voor Onderzoek als onderdeel van het ANR MArs Geophysical InSight (MAGIS) project.
(*) in samenwerking met SODERN voor de productie van de VBB, het JPL, het Swiss Federal Institute of Technology in Zürich (ETH, Zürich, Zwitserland), het Max Planck Institute for Solar System Research (MPS, Göttingen, Duitsland), het Imperial College London en de Universiteit van Oxford leverden de SEIS-subsystemen en zijn betrokken bij de wetenschappelijke exploitatie van SEIS.