Аннотация:
Ученые обнаружили, что внутри Марса может существовать огромная разница температур, которая ранее не признавалась: температура глубоко под землей в южном полушарии может быть на 200–400 градусов по Цельсию выше, чем в северном полушарии, а часть мантии в южном полушарии может находиться в частично расплавленном состоянии. Это открытие не только дает новые подсказки для объяснения давних огромных геологических различий между северным и южным полушариями на поверхности Марса, но также может помочь ученым заново понять раннее магнитное поле, водный цикл и историю геологической эволюции Марса.
Исследование возглавил выпускник Калифорнийского технологического института Александр Бирн. Бирн, будучи докторантом Калифорнийского технологического института, разработал метод использования небольших изменений гравитации планеты для вывода о ее внутренней структуре, а затем перешел на постдокторантуру в Университете Аризоны. Результаты исследования опубликованы в журнале «Природа» 26 августа 2026 года.
Одна из самых ярких особенностей Марса — чрезвычайно очевидные различия между северным и южным полушариями. В южном полушарии преобладают плато, горы и плотные древние ударные кратеры, а общая высота поверхности выше; Северное полушарие состоит главным образом из низменных, плоских и сравнительно молодых равнин. Ученым давно известно об этом явлении, известном как «коровая дихотомия», но как именно образуется эта огромная разница, так и не было удовлетворительно объяснено.
Последние исследования показывают, что эта разница между севером и югом может не ограничиваться поверхностью Марса, а простираться до недр Марса. Путем анализа гравитационных изменений в недрах Марса исследователи установили, что внутренняя структура подземелья в южном полушарии также существенно отличается по термическим свойствам от таковой в северном полушарии, а его температура может быть на 200–400 градусов Цельсия выше.
Чтобы получить этот результат, исследователи не полагались на традиционные сейсмические наблюдения Марса, а использовали метод, называемый «приливной томографией». Основная идея аналогична медицинской компьютерной томографии, но объектом сканирования является не человеческое тело, а весь Марс.
Солнечная гравитация продолжит действовать на Марс. Поскольку орбита Марса слегка эллиптическая, а ось вращения наклонена, приливное воздействие Солнца на Марс со временем меняется. Хотя на Марсе нет жидкой воды, которая может сильно колебаться, как земные океаны, вся планета все равно будет подвержена крайне незначительному растяжению и деформации.
Температура и состояние вещества внутри Марса будут влиять на эту деформацию. Холодные твердые породы менее подвержены деформации, тогда как горячие, мягкие или даже частично расплавленные породы более подвержены изменениям под действием приливных сил. Поэтому, пока мы можем точно измерить крошечную реакцию Марса на действие приливов, мы, в свою очередь, можем сделать вывод о состоянии и температуре его подземных материалов.
Проблема в том, что эта деформация слишком мала, чтобы ее можно было наблюдать напрямую. Но когда Марс деформируется, его гравитационное поле также будет производить чрезвычайно слабые изменения, и детектор, вращающийся вокруг Марса, может косвенно регистрировать эту гравитационную разницу через тонкие изменения в его собственной скорости.
Поэтому исследовательская группа получила данные радиослежения, накопленные несколькими орбитальными аппаратами Марса за десятилетия, в том числе Mars Global Surveyor, запущенным в 1996 году, Mars Odyssey, запущенным в 2001 году, и Mars Reconnaissance Orbiter, запущенным в 2005 году. Анализируя небольшие гравитационные возмущения скорости этих зондов во время их долгосрочной работы, исследователи реконструировали изменения в гравитационном поле Марса с течением времени.
После проведения анализа «приливной томографии» этих данных исследователи наконец получили модель трехмерной структуры недр Марса и обнаружили, что в подземельях северного и южного полушарий существуют значительные тепловые асимметрии.
Это открытие может также объяснить две другие давние загадки Марса.
Первая загадка связана с магнитным полем Марса. Сегодняшний Марс уже не имеет такого сильного глобального магнитного поля, как Земля, но в древней коре южного полушария Марса сохранились очень сильные следы локальной намагниченности. Считается, что эти магнитные аномалии являются реликвиями раннего существования глобального магнитного поля на Марсе, а также означают, что на Марсе когда-то был генераторный механизм, способный генерировать глобальное магнитное поле.
Южное полушарие Марса изобилует такой намагниченной корой, в то время как его северное полушарие явно лишено подобных структур — разница, которая долгое время вызывала недоумение. Если мантия в южном полушарии Марса имеет совершенно другую термическую историю, это могло бы помочь объяснить, почему древние магнитные записи Марса демонстрируют такое асимметричное распределение между северной и южной сторонами.
Вторая загадка связана с миссией НАСА InSight. Сейсмометр InSight постоянно наблюдает за внутренней частью Марса. Исследователи обнаружили, что при распространении сейсмических волн в южном регионе Марса скорость потерь энергии значительно выше, чем в северном регионе.
Высокотемпературные породы обычно мягче, чем низкотемпературные, и с большей вероятностью поглощают энергию сейсмических волн. Если под землей в южном полушарии действительно существует высокотемпературная или даже частично расплавленная мантия, то эта среда может объяснить аномальное затухание сейсмических волн, ранее наблюдавшееся InSight.
Это означает, что несколько ранее, казалось бы, не связанных друг с другом загадок Марса — геологические различия между северным и южным полушариями, аномальная намагниченность южного полушария и более быстрое затухание сейсмических волн на юге — теперь могут указывать на один и тот же скрытый фактор: более горячие и мягкие недра под южным полушарием Марса.
Исследователи также полагают, что этот результат может быть связан с водной средой Марса в прошлом. Огромные топографические различия между северным и южным полушариями Марса не только определяют современный ландшафт поверхности, но также могут влиять на формирование древних бассейнов и на то, как вода течет и собирается на поверхности Марса. Понимание этой разницы между севером и югом поможет ученым дополнительно отследить, откуда в прошлом вода Марса пришла, куда она текла и в каких областях могла быть жидкая вода в течение длительного времени.
Это также важно для выяснения того, была ли в прошлом на Марсе среда, пригодная для жизни. Марс, возможно, имел более плотную атмосферу, более теплый климат и большое количество поверхностных вод в первые дни своего существования, и эти условия тесно связаны с геологической деятельностью внутри Марса. Если удастся определить время и причину образования подземных тепловых структур в северном и южном полушариях, возможно, появится возможность в дальнейшем реконструировать процесс постепенной эволюции Марса от более активной и потенциально обитаемой молодой планеты до холодного и сухого мира, которым он является сегодня.
Однако исследователи до сих пор не могут ответить на самый важный вопрос: что делает внутреннюю часть южного полушария Марса такой горячей?
Есть как минимум несколько возможных объяснений. Одна из возможностей заключается в том, что массивное столкновение произошло в первые дни существования Марса. Гигантский объект, столкнувшийся с Марсом, мог изменить его внутреннюю тепловую структуру и создать массивный низменный бассейн в северном полушарии, что привело к различиям, наблюдаемым сегодня между северным и южным полушариями.
Другая возможность состоит в том, что асимметричная внутренняя конвекция когда-то имела место в мантии Марса. Горячий материал внутри планеты поднимется, а охлажденный опустится. Этот процесс конвекции не всегда сохраняет идеальную симметрию. Если мантия в южном полушарии Марса сохраняет особую конвекционную структуру в течение длительного времени, это может привести к тому, что там будет продолжать накапливаться больше тепла.
Третья возможность связана с составом подземных материалов. Если геологические структуры, богатые радиоактивными элементами, существуют глубоко в Южном полушарии, эти элементы будут продолжать выделять тепло во время своего длительного распада и могут поддерживать необычно высокую температуру в подземных регионах. В то же время, если наверху имеются мощные геологические структуры, препятствующие выделению тепла, тепло может удерживаться под землей в течение длительного времени.
Никакое объяснение пока не получило убедительных доказательств. Исследователи заявили, что следующим шагом будет объединение большего количества сейсмических, гравитационных и геологических данных марсианской поверхности, чтобы дополнительно определить, на каком этапе истории Марса сформировалась эта тепловая аномалия, и появилась ли она в то же время, что и дихотомия топографии север-юг.
Это исследование также демонстрирует ценность долгосрочного накопления данных об обнаружении. Mars Global Surveyor был запущен еще в 1996 году и завершил свою миссию в 2006 году, но данные, собранные им в том году, все еще могут быть использованы для решения самых современных вопросов о внутренней структуре Марса. Повторно анализируя наблюдения десятилетней давности, исследователи получили новые научные результаты, которые, возможно, не ожидались на этапе проектирования миссии.
Если в будущем будет подтверждено наличие крупномасштабных высокотемпературных или даже частично расплавленных областей под землей в южном полушарии Марса, это будет означать, что внутренняя часть Марса гораздо более неровная, чем считалось ранее. На этой, казалось бы, «мертвой» планете в ее недрах все еще могут скрываться огромные термодинамические различия, и эта загадка температуры от 200 до 400 градусов по Цельсию может быть важным ключом к пониманию формирования, эволюции и древней обитаемой среды Марса.
Комментарии