Vánoční dárky - z Marsu

Nějakou dobu se zdálo, že NASA mise InSight (2018) není příliš úspěšná. Část její výbavy se měla zahrabat do marsovského regolitu a sledovat tepelné jevy. To se jí ovšem nepovedlo. 

Po různých peripetiích přináší ale i tato mise NASA výsledky - a tak jsme letos dostali (jakoby darem vánocům) - zprávu o struktuře naší sousední planety. 

Osudy mise Insight 

Přistávací modul InSight přistál na Marsu 26. listopadu 2018. Možná si vzpomenete, že jsme mohli jeho sestup do atmosféry sledovat live na internetových kanálech NASA a na youtube. 

Hlavním cílem bylo studium nitra planety. 

Na počátku roku 2019 začal výzkum seismických jevů na Marsu. O něco více než jeden marťanský rok později detekovaly její přístroje už více než 480 zemětřesení a shromáždily různé údaje o počasí. Dokonce i původně neúspěšná sonda, která se snažila provrtat pod povrch planety, slaví úspěch. Konečně se ji podařilo alespoň zahrabat. Původně totiž působily údery kladiva, které pracuje uvnitř dutého válce, spíše kontraproduktivně. Sonda nejspíš narazila na kámen a navíc se kolem ní vytvořil prázdný prostor - takže při své cestě do hloubky neměla oporu. 

Marsotřesení

Své první marsotřesení zaregistroval seismometr v dubnu 2019. Ukázalo se, že Mars je daleko aktivnější, než jsme si původně mysleli. Otřesy jsou ovšem spíše drobnější a nepřesahují 3,7 stupně na Richterově stupnici. 

Richterova stupnice popisuje velikost (sílu) zemětřesení. Motivací k vytvoření této stupnice byla snaha o rozlišení menších zemětřesení od těch větších. Škála je logaritmická, mezi jednotlivými stupni je tedy rozdíl desetinásobku hodnoty. Čím menší číslo, tím méně intenzivní je i dané zemětřesení. To, které dosáhne velikosti 4,5 a více, je dostatečně silné na to, aby jej zaznamenaly seismografy po celém světě.

Zajímavé je i to, že dnes umíme zaznamenat zemětřesení se zápornou hodnotou na Richterově stupnici. Může se to zdát zvláštní, ale je to způsobeno vývojem technologie. Původně byl stupeň 0 definován jako událost, která by na seismogramu zaznamenaném Woodovým-Andersonovým torzním seismometrem umístěném 100 km od epicentra zemětřesení ukázala maximální vodorovný posun 1 mikrometr. Daleko citlivější přístroje, které zaznamenají menší zemětřesení, musí logicky sklouznout do záporných hodnot Richterovy škály. Dnešní technologie dovoluje měřit zemětřesení o síle -3 na Richterově stupnici. 

Marsotřesení je na Rudé planetě velice častým jevem - a tak je absence intenzivnějších z nich zatím záhadou. Může se jednat o zásadní vlastnost Marsu nebo o štěstí (nebo neštěstí) při jejich sledování. 

Vědce přesto velké množství slabých marsotřesení příjemně překvapilo. Byli totiž připraveni i na to, že nezaznamenají prakticky žádná z nich. 

V tomto případě měl seismograf splnit své poslání díky třem spojencům: dopadům meteoritů na povrch planety, přílivu a odlivu, způsobenými měsícem Phobosem (jedním ze dvou měsíců Marsu) a otřesům, které mají svůj původ v atmosférických poruchách.

Když se pozorně podíváme na povrch Marsu, zjistíme, že je pokryt velkým množstvím kráterů. Znamená to, že na jeho povrch dopadají pravidelně “poslové z vesmíru”, podobně, jako na naši vlastní planetu. Část energie, která se při dopadu uvolní, se mění na rázovou vlnu, kterou může zaznamenat citlivý seismometr sondy InSight. 

Vědci byli připraveni na další krok. Na orbitálních sondách Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) a Trace Gas Orbiter mise ExoMars jsou umístěny kamery s velmi vysokým rozlišením. Ty jsou schopny vyhledat a vyfotografovat krátery po dopadu meteoritů a mohou tak poskytnout informace doplňující měření sondy. 

Jaké bylo ale překvapení - když vědci nezaznamenali ani jeden dopad meteoritu. A to i přesto, že by ročně měly Mars trefit až tři zaznamenatelné objekty. 

Průzkum dále pokračuje. Možná se jedná o přirozenou odchylku a dopadů meteoritů bylo zkrátka v průběhu mise náhodou méně, než bývá jindy. Může se také jednat o systematický  jev, kdy povrch Marsu špatně vede seismické vlny určitého typu (vyvolaného dopadem meteoritů) a tak se navzdory dopadajícím objektům seismograf o jejich existenci nedozvěděl. Nezbývá než provádět další měření a čekat na dopad větších meteoritů. 

Dalším “plánem B” bylo sledování vlivu, který má na svou planetu měsíc Phobos. Jedná se o přílivy a odlivy, které se vzdáleně podobají těm na Zemi. Zatímco na Zemi ale vyvolává vliv Měsíce největší změny ve výšce hladiny oceánu, Mars (který oceán nemá), může reagovat jen změnami pozice své kůry. I když je tento pohyb minimální, seismometr mise InSight ho umí zaznamenat. 

A nejen to, umí detekovat dokonce i tak nepatrné otřesy, které způsobuje pohyb marsovské atmosféry. 

Vítr, který konkuruje marsotřesení

Během marsovského léta mají vědci problém s větrem. Ačkoliv je atmosféra Rudé planety velice řídká, stačí zdejší vítr na to, aby překryl svým působením na seismometr otřesy, způsobené samotnou pevnou částí planety. 

To je logické. Vědci tu pracují v úplně jiných podmínkách než na Zemi a marsovský vítr  škodí seismologickému výzkumu daleko více, než očekávali. 

Na naší planetě se zemětřesení prozrazují primárními a sekundárními vlnami, procházejícím vnitřkem Země. Kromě toho existují vlny, které se pohybují podél horní části kůry - tedy třetí kategorie. Říká se jim povrchové vlny.

Ty jsou využívány na průzkum vnitřní struktury planety. Očekávalo se tedy od nich, že i na Marsu nabídnou pohled na strukturu podloží až do hloubky kolem 400 km. 

Na Marsu tyto povrchové vlny při marsotřesení chybí. Možná to pro vědce není až tak překvapivé, jak by se mohlo zdát. Tyto povrchové vlny totiž nezjistili ani na Měsíci. Tam si ale jev vysvětlovali tím, že je povrch měsíce a jeho kůra velice suchá. Proč chybí na Marsu? V jeho půdě by se mělo nacházet daleko více zamrzlé vody. 

Vnitřní struktura Rudé planety

Největším pomyslným vánočním dárkem, který nám dala mise InSight, jsou znalosti o vnitřní struktuře Marsu. Dalo by se dokonce říci, že je to balíček obalený velkolepým balícím papírem a převázaný lesklou rudou stužkou. 

Mars se pod místem, kam přistála mise InSight, skládá ze silikátových hornin, tvořících vnější kůru planety. Hlouběji se nachází silikátový horninový plášť a jádro ze železa. 

Kůra Marsu je v místě, kde stojí sonda, silná 35 kilometrů. 

Plášť planety sahá až do hloubky 1520 až 1600 kilometrů. 

V jejím centru se nachází železné jádro. 

V hloubce 1110 až 1170 kilometrů pod povrchem se nachází přechodová vrstva. Silikátový minerál olivín se tu transformuje a mění se při zdejším tlaku a teplotě na hustší minerál - jménem wadsleyit. V praxi to znamená, že se hustota horninového pláště zvyšuje s přibývající hloubkou, zatímco se jeho chemické složení nemění.  

Taková přeměna je známá i na Zemi, říká se jí isochemická reakce. Uvnitř Země ji vědci objevili už v hloubce 650 kilometrů. Pozorujeme zde přechod horního pláště do spodního zemského pláště.

Z dat, která nám zaslala sonda InSight je nyní zřejmé že vnitřní struktura Marsu odpovídá obecným modelům vnitřku planety. Poprvé však máme přesnější informace o skutečných podmínkách na Rudé planetě. 

Kontinentální kůra se obvykle dělí do různých vrstev - podle různých druhů hornin. Vědci doufali, že podobně je rozdělena i marsovská kůra - a ukázalo se, že měli pravdu. Podle toho, zda má kůra v daném místě dvě nebo tři vrstvy, má tloušťku 20 nebo 37 kilometrů. Tato tloušťka se bude pravděpodobně lišit na různých místech planety, ale neměla by v průměru přesahovat 70 kilometrů. Pro srovnání - na Zemi se tloušťka kůry pohybuje od přibližně 5 do 10 kilometrů pod oceány do přibližně 40 až 50 kilometrů pod kontinenty.

Místo, kam dosedla sonda InSight

Další “vánoční dárek”, který nám výzkum sondy daroval, se týká charakteristiky samotného místa, kam InSight přistála. 

Nachází se jihovýchodně od obří sopky Olympus Mons (která je mimochodem nejvyšší sopkou ve Sluneční soustavě). 

Lander sedí v degradovaném (částečně zasypaném) kráteru po nárazu menšího asteroidu. Kráter má v průměru přibližně 25 metrů, a byl neformálně pojmenován Homestead hollow. Je naplněn sedimenty kdysi vytvořenými nárazem. Je na nich znát, že na ně měla delší dobu vliv místní atmosféra. 

Měření přístrojů ukázala, že sonda stojí na sypké vrstvě, která přechází ve vrstvu kamenitou. Čím větší hloubka, tím větší jsou kameny. Celkově má tato vrstva tloušťku kolem 3 - 5 m. Pod ní se nachází staré lávové proudy, vzniklé při dávné sopečné aktivitě. Věk tohoto kráteru se odhaduje na 400 - 500 milionů roků. 

Šťastné a veselé Vánoční svátky

s hvězdami a planetami na nebi 

ale hlavně s lidmi, kteří jsou milí vašim srdcím.