Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 5 – vyšlo 3. března, ročník 21 (2023)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Žhavé magma na Marsu?

Petr Kulhánek

MarsMars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila. je planetou, která nás stále dokáže překvapit. Snahy Percivala Lowella o nalezení marťanů nám dnes připadají úsměvné. Možná, že otázky, které si klademe dnes, budou obdobně úsměvné i pro naše následovníky. Koryta, která snad kdysi byla naplněna vodou, vedou nutně k zamyšlení, proč Mars většinu povrchové vody v průběhu dějin ztratil. Když sonda Mars Global SurveyorMars Global Surveyor – další z řady sond NASA určených k průzkumu Marsu. Start dne 7. 12. 1996. Měla pouze orbitální modul, který podrobhně mapoval povrch Marsu. Mise byla ukončena téměř po deseti letech v listopadu 2006 z důvodu selhání baterií sondy. nalezla korové magnetického pole uchované v povrchových horninách, vytanula na mysl otázka, jakými mechanizmy mohl Mars o své globální magnetické pole přijít. Od roku 2018 do konce roku 2022 operovala na povrchu Marsu sonda InSightInSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií. (viz AB 37/2018, 44/2021), jejímž hlavním cílem byla měření seismických vln. Jejich analýza v curyšské části ETHETH – prestižní švýcarská polytechnika, na které působil mj. Albert Einstein. Zkratka ETH znamená Eidgenössische Technische Hochschule (Spolková vysoká technická škola). Univerzita byla založena v roce 1855, nyní má dvě části: v Curychu (ETHZ) a v Laussane (ETHL). S univerzitou je spojeno 26 nositelů Nobelových cen. vedla ke konci roku 2022 k závěru, že je oblast Cerberus Fossae tektonicky aktivní a pod povrchem se s nejvyšší pravděpodobností nachází roztavené horniny, tedy tekuté magma. Mars nám tak díky neutuchajícímu zájmu sond různých kosmických agentur přináší další a další překvapení.

Umělecká vize magmatu na Marsu. Zdroj: ETHZ.

Mars – rudá planeta se dvěma malými měsíci, Phobosem a Deimosem, je v pořadí čtvrtým tělesem sluneční soustavy. Povrch planety je pokryt načervenalým pískem a prachem. Barva je způsobena vysokým obsahem železa. Načervenalá barva celé planety jí dala jméno (Mars je bůh válek). Na povrchu se nacházejí obrovské sopky, z nichž ta největší, Olympus Mons, je 24 km vysoká a její základna je 550 km široká. Na vrcholu je kráter o průměru 72 km. Pro Mars jsou charakteristické systémy kaňonů vzniklé pohybem kůry. Snímky ze sond ukazují místa, kudy dříve tekla voda. Zdá se, že Mars byl dříve vlhčí a teplejší, než je dnes. Rozpětí teplot, které na Marsu panují (zima ne větší než v Antarktidě) by bylo snesitelné pro některé primitivní formy života žijící na Zemi. Jejich existence se však dosud nepotvrdila.

InSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií.

Loveho vlny – seismické vlny, které se šíří v kůře planety po jejím povrchu. Jedná se o příčné vlnění. Jde o typické střižné vlny, které byly pojmenováno podle anglického matematika Augusta Edwarda Hougha Loveho.

Rayleighovy vlny – seismické vlny, které se šíří v kůře planety po jejím povrchu. Podobají se vlnění na vodě. Jedná se o složeninu příčného a podélného vlnění. Body vykonávají krouživé pohyby. Vlny byly pojmenovány podle anglického matematika a fyzika Johna Williama Strutta, třetího barona Rayleigho.

P vlny – primární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o podélné vlny zhuštění a zředění v pevném nebo kapalném prostředí, někdy tento typ vln označujeme jako kompresní vlny. Písmeno P pochází z anglického slova Primary.

S vlny – sekundární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o příčné vlny v pevném prostředí. Kapalným prostředím se nešíří. Látka v této vlně vybočuje kolmo na směr šíření, a vytváří tak charakteristické zvlnění. Písmeno S pochází z anglického slova Secondary.

InSight

Americká sonda InSightInSight – Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Americká sonda určená k výzkumu Marsu. V popředí jsou experimenty zaměřené na seismický výzkum vnitřní struktury planety. Sonda vystartovala 5. května 2018 ze základny Vandenberg, na Marsu úspěšně přistála 26. listopadu téhož roku. Mise fungovala do 15. prosince 2022, kdy byla ukončena z důvodu nedostatečného přísunu energie díky zaprášeným panelům slunečních baterií. nebyla v hledáčku médií natolik úspěšná jako vozítko Perseverance prohánějící se po povrchu Marsu či vrtulníček Ingenuity provádějící průzkum z výšky. Sledování toho, co je pod povrchem, není tak atraktivní jako sledování povrchových útvarů viditelných dalekohledy. O to ale cennější jsou vědecká data, která umožňují z detekce seismických vln studovat svět v hlubinách planety Mars. Seismometr SEIS umístěný v blízkosti sondy na povrchu Marsu s ní byl propojen datovým a napájecím kabelem. Na sondě byla celá řada dalších přístrojů, které dokreslovaly okolnosti naměřených seismických dat (podrobně viz AB 37/2018). Na sondě byla například meteorologická stanice TWINS, která sledovala vítr v průběhu měření – ten samozřejmě způsoboval zašumění dat a ze znalosti jeho směru a rychlosti bylo možné tento šum alespoň částečně eliminovat. Přístroj RISE měřil přesně parametry rotace planety, v nichž se skrývá odpověď na otázku, jak velké je jádro Marsu a zda je tekuté.

Sonda InSight. Vlevo v popředí je seismometr spojený se sondou kabelem.
Zdroj: NASA, ETHZ.

Čtyři z mnoha záznamů seismických vln. Tmavý obdélník v poslední řadě
označuje data neseismické povahy. Zdroj: ETH Zürich.

Jediný přístroj, který nesplnil očekávání, je HP³, zařízení, které mělo být schopné se zahrabat až pět metrů pod zem a tam provádět výzkum tepelného toku a měření dalších fyzikálních parametrů. V březnu 2019 se podařilo proniknout do hloubky několika centimetrů. Přes rok se tým odborníků pokoušel problém vyřešit, ale bez úspěchu. V lednu 2021 bylo rozhodnuto o ukončení činnosti tohoto přístroje. Další potíže se objevily se seismometrem, na němž je činnost sondy bytostně závislá. Byly způsobeny větrem a obrovskými výkyvy teploty, které způsobovaly roztahování a smršťování jak přístroje, tak spojovacího kabelu, což vedlo ke zkreslení a zašumění dat. Americká NASA proto přistoupila v březnu 2021 k částečnému zasypání kabelu a pokrytí samotného přístroje prachem, což problémy snížilo. Zajímavé je, že zpráva o tom vyšla prvního dubna, tedy na apríla. Není to ale poprvé, kdy aprílový článek není aprílem. Dne 1. dubna 1960 vyšel například článek o slavném experimentu Roberta Pounda a Glena Rebky, v němž změřili v Jeffersonově laboratoři změnu chodu času způsobenou obecnou relativitou. Ke konci roku 2022 měla sonda problémy s nedostatkem energie v důsledku zaprášených panelů slunečních baterií a 15. prosince 2022 byla její činnost ukončena.

Do konce aktivity sondy detekoval seismometr přibližně 1 500 seismických událostí, jejichž analýzou se zabývá tým odborníků z curyšské části polytechniky ETHETH – prestižní švýcarská polytechnika, na které působil mj. Albert Einstein. Zkratka ETH znamená Eidgenössische Technische Hochschule (Spolková vysoká technická škola). Univerzita byla založena v roce 1855, nyní má dvě části: v Curychu (ETHZ) a v Laussane (ETHL). S univerzitou je spojeno 26 nositelů Nobelových cen. pod vedením profesora Domenica Giardiniho. Seismické vlny v sobě nesou nejenom informace o různých podpovrchových rozhraních, ale i o skupenství, kterým se šíří. Jinak se totiž seismické vlny šíří v kapalině a jinak v pevné látce. Hlubinné vlny dělíme na P vlnyP vlny – primární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o podélné vlny zhuštění a zředění v pevném nebo kapalném prostředí, někdy tento typ vln označujeme jako kompresní vlny. Písmeno P pochází z anglického slova Primary. a S vlnyS vlny – sekundární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o příčné vlny v pevném prostředí. Kapalným prostředím se nešíří. Látka v této vlně vybočuje kolmo na směr šíření, a vytváří tak charakteristické zvlnění. Písmeno S pochází z anglického slova Secondary., druhý z těchto typů se v tekutém prostředí vůbec šířit nemůže.

Video ukazující zasypávání kabelu spoujícího seismometr se sondou. Zdroj: NASA.

Seismická měření

Zemětřesné vlny dělíme na povrchové (LovehoLoveho vlny – seismické vlny, které se šíří v kůře planety po jejím povrchu. Jedná se o příčné vlnění. Jde o typické střižné vlny, které byly pojmenováno podle anglického matematika Augusta Edwarda Hougha Loveho. a RayleighovyRayleighovy vlny – seismické vlny, které se šíří v kůře planety po jejím povrchu. Podobají se vlnění na vodě. Jedná se o složeninu příčného a podélného vlnění. Body vykonávají krouživé pohyby. Vlny byly pojmenovány podle anglického matematika a fyzika Johna Williama Strutta, třetího barona Rayleigho. ) a podpovrchové (P vlnyP vlny – primární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o podélné vlny zhuštění a zředění v pevném nebo kapalném prostředí, někdy tento typ vln označujeme jako kompresní vlny. Písmeno P pochází z anglického slova Primary. a S vlnyS vlny – sekundární seismické vlny, které se šíří vlastním tělesem planety. Jedná se o příčné vlny v pevném prostředí. Kapalným prostředím se nešíří. Látka v této vlně vybočuje kolmo na směr šíření, a vytváří tak charakteristické zvlnění. Písmeno S pochází z anglického slova Secondary.). Naprostá většina měření detekovala podpovrchové vlny. Ukázalo se, že se šířily z epicentra nacházejícího se 1 200 kilometrů od místa přistání, z oblasti Cerberus Fossae, která je součástí rozsáhlé planiny Elysium PlanitiaElysium Planitia – významná sopečná oblast na povrchu Marsu. Nachází se severně od rovníku, v okolí sopky Elysium Mons. Kromě této sopky je charakteristická velkým množstvím menších sopek.. Všem bylo jasné, že se na Marsu mohou šířit i povrchové vlny, ale dlouho se je nedařilo detekovat. Velkou událostí se proto stal pád meteoritu dne 24. prosince 2021, který způsobil i šíření povrchových vln. Ze snímků sondy Mars Reconnaissance OrbiterMRO – Mars Reconnaissance Orbiter (Průzkumná oběžnice Marsu), sonda NASA, která získává detailní informace o vybraných místech na Marsu, zejména s ohledem na přítomnost vody v minulosti i v současnosti. Sonda startovala v srpnu 2005 a na oběžnou dráhu byla navedena v březnu 2006. Rozlišení je pouhých několik decimetrů. Od ledna 2009 slouží také jako retranslační stanice. se ukázalo, že impaktní kráter vznikl 3 500 kilometrů od místa přistání sondy InSight. Lokalizace místa dopadu byla přesně ve shodě s výpočty ze seismických vln. Šlo o první příležitost analyzovat povrchové horniny nejenom v těsném okolí sondy InSight. Ukázalo se, že mezi místem dopadu a sondou jsou povrchové horniny mimořádně homogenní a hustší, než se dosud předpokládalo.

Vlny vzniklé dopadem meteoritu. Obrázek je výsledkem numerické simulace provedlé Martinem van Drielem a Christianem Böhmem v ETHZ. Zdroj: Doyeon Kim, ETHZ.

Vraťme se ale k měření podpovrchových vln s epicentrem v oblasti Cerberus Fossae na planině Elysium PlanitiaElysium Planitia – významná sopečná oblast na povrchu Marsu. Nachází se severně od rovníku, v okolí sopky Elysium Mons. Kromě této sopky je charakteristická velkým množstvím menších sopek.. Tato oblast byla již dříve považována za tektonicky velmi mladou. V okolí kráterů se vyskytuje tmavý prach, a to nejenom ve směru působícího větru. Pravděpodobně jde o důsledek tektonické aktivity v nedávné minulosti, určitě ne starší než 50 000 let. V oblasti jsou navíc rozsáhlé pukliny, které opět svědčí o nedávné tektonické aktivitě. Analýza seismických vln naznačuje, že se pod povrchem šíří částečně v kapalném prostředí, což by mohlo odpovídat tekutému a žhavému magmatu. Pokud je tomu skutečně tak, není Mars geologicky mrtvým tělesem, jak jsme si mysleli, ale i v současnosti je vulkanická činnost aktivní a přispívá ke vzniku prasklin a dalších charakteristických útvarů na povrchu Marsu, které se neustále a dynamicky vyvíjejí.

Epicentrum marsotřesení – oblast Cerberus Fossae. Vpravo nahoře jsou patrné tektonické trhliny, vpravo dole tmavý prach mající pravděpodobně původ ve vulkanické aktivitě Marsu. Zdroj: Doyeon Kim, ETHZ.

Odkazy