Międzynarodowy zespół badaczy, współprowadzony przez ETH Zurich i Imperial College London, dokonał pierwszego oszacowania globalnych uderzeń meteorytów w Marsa przy użyciu danych sejsmicznych. Ich ustalenia wskazują, że co roku w planetę uderza od 280 do 360 meteorytów, tworząc kratery uderzeniowe o średnicy większej niż 8 metrów (około 26 stóp). Geraldine Zenhaeusern, która współkierowała badaniem, skomentowała: „Ten wskaźnik był około pięć razy wyższy niż liczba szacowana wyłącznie na podstawie obrazów orbitalnych. W zestawieniu z obrazami orbitalnymi nasze ustalenia pokazują, że sejsmologia jest doskonałym narzędziem do pomiaru wskaźników uderzeń”.
Sejsmiczne „ćwierkanie” sygnalizuje nową klasę trzęsień
Korzystając z danych z sejsmometru rozmieszczonego podczas misji NASA InSight na Marsa, badacze odkryli, że 6 zdarzeń sejsmicznych zarejestrowanych w pobliżu stacji zostało wcześniej zidentyfikowanych jako uderzenia meteorytów (Garcia i in., 2023) – proces umożliwiony przez rejestracja określonego akustycznego sygnału atmosferycznego generowanego, gdy meteoryty wchodzą w atmosferę marsjańską. Teraz Zenhäusern, ETH Zurich, współprzewodnicząca, Natalia Wójcicka z Imperial College London i zespół badawczy odkryli, że tych 6 zdarzeń sejsmicznych należy do znacznie większej grupy trzęsień Marsa, tak zwanych zdarzeń o bardzo wysokiej częstotliwości (VF). Proces źródłowy tych trzęsień zachodzi znacznie szybciej niż w przypadku trzęsienia tektonicznego o podobnej wielkości. Podczas gdy normalne trzęsienie ziemi o sile 3 stopni w skali Richtera na Marsie trwa kilka sekund, zdarzenie tej samej wielkości wywołane uderzeniem zajmuje tylko 0,2 sekundy lub mniej ze względu na dużą prędkość zderzenia. Analizując widma trzęsień Marsa, zidentyfikowano kolejnych 80 trzęsień Marsa, które obecnie uważa się za spowodowane uderzeniami meteoroidów.
Ich poszukiwania badawcze rozpoczęły się w grudniu 2021 r., rok przed tym, jak nagromadzony na panelach słonecznych pył położył kres misji InSight, kiedy duże odległe trzęsienie ziemi zarejestrowane przez sejsmometr wywołało szerokopasmowy sygnał sejsmiczny na całej planecie. Teledetekcja powiązała trzęsienie ziemi z kraterem o szerokości 150 metrów. Aby to potwierdzić, zespół InSight nawiązał współpracę z kamerą kontekstową (CTX) Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), aby poszukać innych świeżych kraterów, które pasowałyby do czasu i lokalizacji zdarzeń sejsmicznych wykrytych przez InSight. Praca detektywistyczna zespołów się opłaciła i mieli szczęście znaleźć drugi świeży krater o średnicy ponad 100 metrów (320 stóp). Mniejsze kratery, które powstały, gdy meteoryty wielkości piłki do koszykówki uderzały w planetę i które powinny być znacznie częstsze, pozostały nieuchwytne. Teraz liczba uderzeń meteorytów jest na nowo szacowana na podstawie występowania tych specjalnych trzęsień ziemi o wysokiej częstotliwości.
Wskaźnik uderzenia pierwszego meteorytu na podstawie danych sejsmicznych
Około 17 000 meteorytów spada na Ziemię każdego roku, ale jeśli nie przelatują przez nocne niebo, rzadko są zauważane. Większość meteorów rozpada się, wchodząc w atmosferę Ziemi, ale na Marsie atmosfera jest 100 razy cieńsza, pozostawiając powierzchnię narażoną na większe i częstsze uderzenia meteorytów.
Do tej pory planetolodzy opierali się na obrazach orbitalnych i modelach wnioskowanych z dobrze zachowanych uderzeń meteorytów w Księżyc, ale ekstrapolacja tych szacunków na Marsa okazała się trudna. Naukowcy musieli uwzględnić silniejsze przyciąganie grawitacyjne Marsa i jego bliskość do pasa asteroid, co oznacza, że więcej meteorytów uderza w czerwoną planetę. Z drugiej strony regularne burze piaskowe powodują powstawanie kraterów, które są znacznie gorzej zachowane niż te na Księżycu, a zatem nie są tak łatwe do wykrycia za pomocą obrazów orbitalnych. Kiedy meteoryt uderza w planetę, fale sejsmiczne uderzenia przechodzą przez skorupę i płaszcz i mogą być wychwytywane przez sejsmometry.
Wójcicka wyjaśnia: „Oszacowaliśmy średnice kraterów na podstawie wielkości wszystkich trzęsień VF-Mars i ich odległości, a następnie wykorzystaliśmy je do obliczenia, ile kraterów powstało wokół lądownika InSight w ciągu roku. Następnie ekstrapolowaliśmy te dane, aby oszacować liczbę uderzeń, które mają miejsce corocznie na całej powierzchni Marsa”.
Zenhäusern dodaje: „Chociaż nowe kratery najlepiej widać na płaskim i zakurzonym terenie, gdzie naprawdę się wyróżniają, ten typ terenu pokrywa mniej niż połowę powierzchni Marsa. Czuły sejsmometr InSight mógł jednak usłyszeć każde uderzenie w zasięgu lądowników”.
Wgląd w erę Marsa i przyszłe misje
Podobnie jak linie i zmarszczki na naszej twarzy, rozmiar i gęstość kraterów powstałych po uderzeniach meteorytów ujawnia wskazówki dotyczące wieku różnych obszarów ciała planetarnego. Im mniej kraterów, tym młodszy region planety. Na przykład Wenus nie ma prawie żadnych widocznych kraterów, ponieważ jej powierzchnia jest nieustannie przekształcana przez wulkanizm, podczas gdy Merkury i Księżyc na swoich starożytnych powierzchniach są silnie pokryte kraterami. Mars mieści się pomiędzy tymi przykładami, z kilkoma starymi i młodymi obszarami, które można rozróżnić na podstawie liczby kraterów.
Nowe dane pokazują, że 8-metrowy krater pojawia się gdzieś na powierzchni Marsa niemal codziennie, a 30-metrowy krater pojawia się mniej więcej raz w miesiącu. Ponieważ uderzenia z dużą prędkością powodują powstawanie stref wybuchów, które z łatwością mają średnicę 100 razy większą niż krater, znajomość dokładnej liczby uderzeń jest ważna dla bezpieczeństwa robotycznych, ale także przyszłych misji ludzkich na Czerwoną Planetę.
„To pierwszy tego rodzaju artykuł określający, jak często meteoryty uderzają w powierzchnię Marsa na podstawie danych sejsmologicznych – co było celem misji pierwszego poziomu misji Mars InSight” – mówi Domenico Giardini, profesor sejsmologii i geodynamiki w ETH Zurich i współgłówny badacz misji NASA Mars InSight. „Takie dane wpływają na planowanie przyszłych misji na Marsa”.
Zdaniem Zenhäuserna i Wójcickiej kolejne kroki w rozwoju tych badań obejmują wykorzystanie technologii uczenia maszynowego, aby pomóc naukowcom w identyfikowaniu kolejnych kraterów na zdjęciach satelitarnych i identyfikowaniu zdarzeń sejsmicznych w danych.