Под южными возвышенностями Марса обнаружили гигантскую температурную аномалию

Астрономы обнаружили свидетельства существования крупной температурной аномалии в мантии Марса. По расчетам исследователей, вещество под южными возвышенностями планеты может быть на 200–400 градусов по Цельсию горячее, чем в противоположном полушарии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Марс обладает хорошо заметной дихотомией коры: северное полушарие покрыто низменными равнинами, тогда как южное отличается более высокой, древней и сильно кратерированной поверхностью. Происхождение этой особенности остается предметом дискуссий. Среди возможных объяснений рассматриваются гигантское столкновение в ранней истории планеты и процессы конвекции в мантии.

Чтобы заглянуть в недра Марса, ученые применили метод приливной томографии. Солнце вызывает на планете сезонные приливные деформации, поскольку орбита Марса имеет заметный эксцентриситет, а ось вращения наклонена. Эти деформации немного меняют гравитационное поле планеты. Характер изменений зависит от свойств ее внутренних слоев.

Исследователи проанализировали 16 лет данных радиослежения за аппаратами «Mars Global Surveyor,» «Mars Odyssey» и «Mars Reconnaissance Orbiter». Они обнаружили, что некоторые компоненты сезонных изменений гравитационного поля отличаются от предсказаний для однородного Марса примерно на 300%. По мнению авторов, это указывает на неоднородность мантии.

Моделирование показало, что эффективный модуль сдвига мантии меняется между полушариями более чем на 20%. Причем граница этой неоднородности хорошо совпадает с границей дихотомии коры: под северными низменностями мантия оказывается более жесткой, а под южными возвышенностями – более мягкой.

Планетологи считают, что основной причиной такого контраста может быть температура. На масштабах сезонных приливов свойства оливина значительно сильнее зависят от температуры, чем при быстрых сейсмических деформациях. Поэтому наблюдаемую гравитационную аномалию удается объяснить разницей температур порядка 200–400 градусов по Цельсию.

Исследователи не утверждают, что нашли окончательное объяснение дихотомии Марса. Рассматриваются несколько сценариев, включая длительную конвекцию мантии и теплоизоляцию, создаваемую более мощной южной корой. Не исключен и гибридный вариант, при котором древнее гигантское столкновение сформировало первоначальную асимметрию, а затем она поддерживалась внутренними процессами.

Более горячая мантия под южными возвышенностями теоретически может способствовать частичному плавлению пород. Однако ученые подчеркивают, что наличие крупного слоя расплава их результаты не требуют. Будущие электромагнитные исследования и новые гравитационные измерения помогут проверить, действительно ли в глубине Марса существуют отдельные карманы расплава или более протяженная расплавленная область.

Таким образом, современная поверхность Марса может сохранять следы процессов, происходивших в его недрах миллиарды лет назад. Приливная томография открывает возможность исследовать подобные глубинные структуры и на других планетах и спутниках без необходимости доставлять к ним посадочные аппараты.