Các nhà khoa học đã "nhìn" bên trong sao Hỏa, và đây là những gì họ tìm thấy ở đó

Các nhà khoa học đã "nhìn" bên trong sao Hỏa, và đây là những gì họ tìm thấy ở đó
Các nhà khoa học đã "nhìn" bên trong sao Hỏa, và đây là những gì họ tìm thấy ở đó
Anonim

Các nhà khoa học vẫn còn rất nhiều điều để tìm hiểu về Hành tinh Đỏ. Trong khi chờ đợi, các thiết bị InSight và Perseverance gửi dữ liệu chưa từng có về Trái đất về mọi thứ được phát hiện trên sao Hỏa. Nhờ đó, các nhà khoa học đã nhận được chìa khóa để hiểu về sự tiến hóa của Hành tinh Đỏ và sự khác biệt của nó so với Trái đất.

Các thiết bị InSight và Perseverance gửi dữ liệu chưa từng có về Trái đất về mọi thứ từ Marsquakes đến thông tin về các lớp bên trong của Hành tinh Đỏ.

Nếu mọi người trên Trái đất đang chiến đấu một cuộc chiến dữ dội chống lại đại dịch covid-19, chịu cái nóng kỷ lục và cố gắng tìm cách đảm bảo rằng họ không bị cạn nước, thì tàu vũ trụ của chúng ta trên sao Hỏa lại sống yên tĩnh hơn nhiều. (Nó cũng giúp họ không cần thở.) Đậu trên bề mặt sao Hỏa, tàu đổ bộ Insight lắng nghe các trận động đất, trong khi tàu lượn Perseverance lăn lộn để tìm kiếm sự sống.

Tuần này, các nhà khoa học đã công bố một loạt các phát hiện khoa học dựa trên thông tin thu thập được từ những con robot dũng cảm. Hôm nay họ đã xuất bản ba bài báo trên tạp chí Khoa học, được chuẩn bị bởi hàng chục nhà khoa học từ khắp nơi trên thế giới. Trong đó, các nhà nghiên cứu nói về những cách thông minh sử dụng máy đo địa chấn của bộ máy "Insight", với sự trợ giúp của họ để tìm kiếm sâu vào Hành tinh Đỏ. Công cụ này đã làm giàu cho họ những kiến thức chưa từng có về lớp vỏ, lớp phủ và lõi của sao Hỏa. Các nhà khoa học đã lần đầu tiên lập bản đồ các phần bên trong của một hành tinh khác. Và ngày hôm qua, một nhóm nhà khoa học thứ hai đã tổ chức một cuộc họp báo, tại đó họ đã công bố kết quả sơ bộ của công trình nghiên cứu về chiếc xe bền bỉ, đồng thời cũng nói về những bước tiếp theo mà họ sẽ thực hiện trong việc nghiên cứu bề mặt của miệng núi lửa Jezero. Miệng núi lửa này từng là một hồ nước và có thể trở thành nơi cư trú của các loài vi sinh vật cổ đại.

Các nhà khoa học vẫn còn rất nhiều điều để tìm hiểu về Hành tinh Đỏ. Nhà địa chấn học Sanne Cottaar của Đại học Cambridge, người đã viết một bài báo cho Sainz về ba nghiên cứu mới cho biết: “Nó được xây dựng bằng các khối xây dựng giống như Trái đất, nhưng rất khác so với nó. - Có rất nhiều bằng chứng cho thấy sự tiến hóa của sao Hỏa theo nhiều cách khác nhau. Và bây giờ, khi các nhà khoa học hình thành hình ảnh bên trong của các lớp hành tinh, chúng ta có những cách mới để hiểu cách sao Hỏa được hình thành và nó ra đời như thế nào."

Khi so sánh hai hành tinh, nhiều câu hỏi thú vị nảy sinh. Ví dụ, tại sao Trái đất có từ trường, trong khi sao Hỏa dường như đã biến mất? Tại sao có rất nhiều núi lửa trên Trái đất, và chúng rất phân tán, trong khi trên sao Hỏa, núi lửa lớn hơn và tập trung hơn? (Với đường kính 602 km và độ cao gần 26 km, đỉnh Olympus là ngọn núi lửa lớn nhất được biết đến trong hệ mặt trời). Và không giống như Trái đất, có rất ít hoạt động núi lửa. (Tuy nhiên, vào tháng 5, các nhà khoa học đã đưa ra bằng chứng về hoạt động gần đây như vậy.) Chỉ bằng cách nhìn sâu hơn bên dưới bề mặt, các nhà nghiên cứu mới có thể hiểu rõ hơn về những điều kỳ lạ như vậy của sao Hỏa, và cùng với các đặc điểm của một Trái đất tương tự.

Nhưng trước khi lao vào trận tuyết lở của tài liệu khoa học này, chúng ta cần tham gia một khóa học ngắn hạn về cấu trúc của Sao Hỏa và bộ máy “Insight” khám phá nó. So với Trái đất, Hành tinh Đỏ về mặt địa chất khá bình lặng. Bởi vì hành tinh của chúng ta có các mảng kiến tạo, là những khối đất khổng lồ di chuyển trên lớp phủ bên dưới, bề mặt của nó bùng nổ theo đúng nghĩa đen với các hoạt động như núi lửa và động đất thảm khốc. Không có mảng kiến tạo nào trên sao Hỏa, bởi vì lõi của nó hình thành và nguội đi nhanh chóng ngay từ thời kỳ đầu của sự tồn tại của Hành tinh Đỏ. Ngày nay sao Hỏa đang bị rung chuyển bởi những chấn động nhỏ, có thể là do sự co lại của một hành tinh đang nguội dần.

Nhiệm vụ của tàu đổ bộ Insight là phát hiện những mảnh đất như vậy bằng cách sử dụng máy đo địa chấn, công việc này đã được thực hiện kể từ tháng 2 năm 2019. Công cụ này cung cấp cho các nhà khoa học nhiều dữ liệu địa chấn đặc biệt phong phú, đặc biệt là đối với hai hiện tượng - sóng P (sóng nén) và sóng S (sóng biến dạng), xảy ra do Marsquakes. Brigitte Knapmeyer-Endrun, nhà địa chấn học tại Đại học Cologne, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Sóng P là sóng địa chấn dọc, giống như âm thanh trong không khí, và chúng là sóng nhanh nhất truyền qua các thiên thể hành tinh. mô hình vỏ cây sao Hỏa. “Chúng ta cũng có sóng thứ cấp, sóng S, hoặc sóng biến dạng. Động tác này giống như sự run rẩy của dây đàn guitar."

Điều quan trọng là, sóng S chậm hơn sóng P. Do đó, khi xảy ra động đất, máy đo địa chấn của tàu thăm dò Insight sẽ ghi lại chúng muộn hơn một chút. Knapmeier-Endrun cho biết: “Sự khác biệt giữa sự xuất hiện của sóng S và sóng P cho chúng ta ý tưởng về vị trí của hoạt động địa chấn, nó cách trạm của chúng ta bao xa”. Các sóng này cũng khác nhau tùy thuộc vào môi trường mà chúng đi qua và từ đó chúng bị phản xạ. Sóng P truyền qua đá rắn, chất lỏng và khí, và sóng S chỉ truyền qua đá rắn.

Bằng cách phân tích các sóng chạm tới máy đo địa chấn Insight, các nhà khoa học có thể biết được thành phần bên trong của sao Hỏa. Vì sóng S không thể xuyên qua lõi chất lỏng, nên tất cả năng lượng của chúng bị phản xạ hoàn toàn khỏi ranh giới lõi-lớp phủ. Hãy coi nó là hệ nhị phân cho máy tính. Chỉ có hai phần tử, một và số không, có thể được kết hợp để tạo ra một chương trình cực kỳ phức tạp. Tương tự như vậy, hai loại sóng kết hợp với nhau để vẽ nên một bức tranh phức tạp về các đường dẫn của sao Hỏa. Knapmeier-Endrun nói: “Chúng tôi cũng xem xét sự khác biệt về thời gian đến, cho phép chúng tôi xác định độ dày của một lớp cụ thể.

Sử dụng các phương pháp như vậy, cô và các đồng nghiệp của mình đã có thể xác định độ dày của vỏ cây. Trước đây, các nhà khoa học phải sử dụng vệ tinh quỹ đạo để đo sự khác biệt về trọng lực và đặc tính địa hình trên khắp hành tinh. Bằng cách này, họ đã cố gắng xác định độ dày của lớp vỏ, cuối cùng đi đến kết luận rằng trung bình nó dài 110 km. -Kết thúc. Các nhà khoa học hiện nay tin rằng độ dày trung bình của lớp vỏ tối đa là 72 km.

Các nhà nghiên cứu tin rằng lớp vỏ này được tạo thành từ hai hoặc ba lớp. Có lớp trên cùng dày 10 km, theo các phép đo của Insight, hóa ra lại nhẹ đến không ngờ. Điều này có lẽ là do nó bao gồm đá vụn còn sót lại sau tác động của thiên thạch. Lớp bên dưới chìm xuống độ sâu khoảng 20 km. “Thật không may, chúng tôi không chắc chắn những gì tiếp theo ở đó, chỉ là lớp phủ hay thậm chí là lớp thứ ba của lớp vỏ. Knapmeier-Endrun cho biết có một số điểm không chắc chắn về điểm số này và chúng tôi vẫn chưa thể giải quyết nó. "Chúng tôi có thể tự tin nói rằng lớp vỏ không dày như người ta nghĩ trước đây và mật độ của nó cũng ít hơn."

Nhà địa chấn học hành tinh Simon Stähler thuộc Trường Kỹ thuật Cao cấp Zurich của Thụy Sĩ đã dẫn đầu cuộc nghiên cứu về phần bên trong nóng nhất của sao Hỏa, phần lõi của nó. Mặc dù nhóm của Stehler không có cách nào để nhìn vào bên trong phần trung tâm của hành tinh, nhưng các nhà nghiên cứu vẫn có thể thu được một số thông tin bằng cách phân tích sóng S phản xạ từ ranh giới giữa lõi và lớp phủ. Những rung động này, không thể xâm nhập vào lõi sao Hỏa lỏng, quay trở lại bề mặt, và ở đó chúng được thu lại bởi máy thu Insight. Stehler nói: “Phải mất một con số khổng lồ 10 phút, đề cập đến thời gian từ Marsquake đến thời gian lõi để bắt được tín hiệu. Bằng cách đo khoảng thời gian này, nhóm của ông đã xác định được độ sâu của sóng xâm nhập và dựa vào đó, đo độ sâu của chính lõi. Hóa ra nó bắt đầu cách bề mặt khoảng 1.550 km.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng mật độ lõi thấp một cách đáng kinh ngạc, chỉ 6 gam trên một cm khối. Điều này ít hơn nhiều so với những gì họ mong đợi từ một trung tâm Sao Hỏa có hàm lượng sắt cao. Stehler nói: “Vẫn còn một chút bí ẩn đối với chúng tôi tại sao hạt nhân lại nhẹ như vậy. Chắc chắn phải có các yếu tố nhẹ hơn, mặc dù không rõ là yếu tố nào. Ông và nhóm của mình hy vọng theo thời gian sẽ ghi lại các sóng P được hình thành do trận động đất ở phía đối diện của hành tinh, đối diện trực tiếp với nơi có Insight. Vì những sóng này có thể xuyên qua ranh giới giữa lõi và lớp phủ, chúng sẽ cung cấp cho máy thu của tàu đổ bộ thông tin về thành phần của lõi sao Hỏa. Nhưng để điều đó hoạt động, Stehler giải thích, "Sao Hỏa phải gặp chúng ta nửa chừng và tạo ra một trận động đất như vậy ở phía bên kia của hành tinh."

Trong công trình khoa học của mình, nhóm Stehler báo cáo rằng bán kính của lõi là 1830 km. Một nhóm nghiên cứu khác, do Amir Khan, một nhà địa vật lý từ Trường Kỹ thuật Cao cấp Zurich của Thụy Sĩ, dẫn đầu, phát hiện ra rằng kích thước này quá lớn nên có rất ít chỗ cho lớp phủ, giống như bên trong Trái đất. Lớp này, bao quanh lõi, thực hiện nhiệm vụ bẫy nhiệt. Lớp phủ của trái đất được chia thành hai phần, và giữa chúng có một vùng được gọi là vùng chuyển tiếp. Các lớp trên cùng và dưới cùng được cấu tạo từ các khoáng chất khác nhau. Khan, người đã trở thành tác giả chính của công trình mô tả về lớp phủ của Trái đất là một phiên bản đơn giản của lớp phủ của Trái đất, được đánh giá dựa trên thành phần khoáng vật học của nó.

Các ước tính trước đây về bán kính lõi được thực hiện bằng cách sử dụng dữ liệu địa hóa và địa vật lý và chỉ ra sự vắng mặt của lớp manti bên dưới. Nhưng để xác nhận điều này, các nhà khoa học cần dữ liệu địa chấn Insight. Chúng trở thành chìa khóa để hiểu về sự tiến hóa của Hành tinh Đỏ, đặc biệt là tại sao nó bị mất từ trường, điều này sẽ bảo vệ bầu khí quyển và sự sống có thể khỏi những cơn gió Mặt trời khắc nghiệt. Để xuất hiện từ trường, cần có sự chênh lệch nhiệt độ giữa phần bên ngoài và bên trong của lõi. Nó phải đủ lớn để tạo ra các dòng điện tuần hoàn khuấy động chất lỏng trong lõi và thúc đẩy sự hình thành từ trường. Nhưng lõi của sao Hỏa nguội đi quá nhanh khiến các dòng đối lưu này chết dần.

Phân tích của Khan cũng chỉ ra rằng sao Hỏa có một lớp thạch quyển dày, như tên gọi của lớp phủ cứng và lạnh. Điều này có thể cung cấp câu trả lời cho câu hỏi tại sao Hành tinh Đỏ không có các mảng kiến tạo kích thích hoạt động núi lửa mạnh mẽ trên Trái đất. Khan giải thích: “Nếu có một lớp thạch quyển rất dày, thì việc phá vỡ nó để tạo ra một số loại mảng kiến tạo trên Trái đất là điều cực kỳ khó khăn. "Họ có thể đã ở trên sao Hỏa từ rất sớm, nhưng bây giờ họ chắc chắn đã đóng cửa."

Trong khi Insight “nghe trộm” những rung động bên trong của sao Hỏa, thì Perseverance, lăn trên bề mặt đầy bụi của nó, tìm kiếm những dấu hiệu của sự sống cổ xưa trong đá, xác định những nơi thu thập mẫu của lớp bề mặt và nghiên cứu lịch sử địa chất của Jezero. Phó giám đốc khoa học Thomas Zurbuchen của NASA cho biết trong cuộc họp báo hôm thứ Tư về những thành công ban đầu của người thám hiểm trên Hành tinh Đỏ. "Sự kiên trì chỉ là một bước trong hành trình dài và được lên kế hoạch cẩn thận để khám phá sao Hỏa sẽ kết hợp những nỗ lực của robot và con người trong những năm tới."

Tại một cuộc họp báo, các nhà khoa học đã nói về những gì Perseverance làm được trong chuyến đi của mình. Vivian Sun thuộc Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực của NASA, một kỹ sư hệ thống tại đó, cho biết: “Thử thách là tìm ra chính xác hướng chúng ta muốn đi và cách chúng ta sắp xếp mọi thứ vào lịch trình của mình”. Theo bà, các nhà khoa học quyết định cử Perseverance cách bãi đáp khoảng một km về phía nam để thu thập những mẫu đá đầu tiên. Các mẫu thu thập được sẽ được lưu trữ trong phần thân của máy dò, và sau đó nó sẽ đặt chúng trên bề mặt hành tinh để chuyển tiếp về Trái đất trên một chuyến bay trở về.

Perseverance được trang bị một cánh tay robot dài hai mét với một loạt thiết bị mới, bao gồm một thiết bị trình diễn công nghệ có tên MOXIE để kiểm tra khả năng tạo ra oxy từ bầu khí quyển của sao Hỏa. Nó đã chứng minh khả năng chuyển đổi một lượng nhỏ carbon dioxide trong khí quyển thành oxy. Ngoài ra còn có các cảm biến để đánh giá khí hậu hiện tại và máy ảnh độ phân giải cao để ghi lại những gì xung quanh xe. Nhà địa hóa học Ken Farley của Caltech cho biết: “Chúng tôi đang bị tra tấn bởi những con quỷ bụi. Đây thực sự là những cơn gió ma quỷ, rất giống với những cơn gió ở trần gian.

Một số tảng đá trong các bức ảnh giống với phù sa hồ cứng. Điều này chỉ ra rằng ở đó người ta nên tìm kiếm dấu vết của cuộc sống quá khứ dưới dạng các dấu hiệu sinh học hóa thạch. Các nhà khoa học cũng muốn tìm hiểu xem liệu đá trong miệng núi lửa có nguồn gốc trầm tích hay núi lửa. Nếu đây là tàn tích của khí thải núi lửa, thì bằng cách sử dụng phương pháp đo bức xạ, bạn có thể xác định tuổi của chúng. Điều này sẽ cho phép hiểu rõ hơn về lịch sử địa chất của các tài liệu mà Perseverance thu thập được. Farley cho biết phát hiện đáng ngạc nhiên nhất cho đến nay là các dấu hiệu của lũ quét và sự thay đổi của mực nước. Điều này cho thấy rằng miệng núi lửa đã trải qua một số giai đoạn khô và chứa đầy nước ở trạng thái lỏng.

Được trang bị phần mềm mới dựa trên trí tuệ nhân tạo, Perseverance cũng đã phá kỷ lục về người lái xe di chuyển độc lập trên bề mặt hành tinh và nó đã làm được điều đó vào ngày thứ hai của chuyển động tự hành. Kỹ sư chế tạo robot Olivier Toupet của Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực cho biết: “Động cơ tự hành ngày nay gần như nhanh bằng chuyển động do con người điều khiển. Một con người có thể điều khiển từ xa một chiếc rover bằng cách di chuyển nó khoảng 30 mét mỗi ngày. Anh ta thực hiện các thao tác được hiệu chỉnh cẩn thận, tránh chướng ngại vật và trí thông minh nhân tạo cho phép bạn tăng tốc độ của thiết bị. Phần mềm tạo ra một bản đồ ba chiều của bề mặt mà phương tiện di chuyển, cho phép nó tối ưu hóa và cập nhật tuyến đường của mình trong thời gian thực. Theo Toupe, khoảng cách tối đa di chuyển trên sao Hỏa một cách tự chủ là khoảng 107 mét. Các nhà khoa học kỳ vọng sự kiên trì sẽ tăng gấp 4 lần con số đó trong vài tuần tới.

Sau khi hoàn thành một sườn phía nam, Perseverance sẽ đi về phía tây bắc đến vùng châu thổ của con sông cổ xưa từng đưa nước của nó đến miệng núi lửa Jezero. Sau đó, anh ta sẽ bắt đầu sử dụng đầy đủ các công cụ trên tàu để xác định thành phần hóa học và khoáng vật học của các loại đá địa phương trên sao Hỏa, cũng như hình dạng và kết cấu của chúng. Thông tin này sẽ giúp các nhà khoa học tìm hiểu thêm về nguồn nước cổ xưa của lưu vực này.

Và "Insight" nằm cách đó vài nghìn km sẽ tiếp tục ghi lại các chấn động dưới bề mặt và tiết lộ cấu trúc bên trong của hành tinh đá này, mà các nhà khoa học đã có thể xác định đặc điểm bằng cách sử dụng địa chấn học. Kottar nói: “Đây là một lĩnh vực nghiên cứu rất trẻ cho nhân loại. "Chúng tôi nhìn các ngôi sao lâu hơn nhiều so với dưới chân của chúng tôi."

Đề xuất: