Νέα κατηγορία σεισμών στον Άρη αποκαλύπτει καθημερινά χτυπήματα μετεωριτών

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών συνδυάζει τροχιακές εικόνες με σεισμολογικά δεδομένα από το Mars InSight της NASA για να εξαγάγει ένα νέο ποσοστό πρόσκρουσης για χτυπήματα μετεωριτών στον Άρη. Η σεισμολογία προσφέρει επίσης ένα νέο εργαλείο για τον προσδιορισμό της πυκνότητας των κρατήρων του Άρη και της ηλικίας διαφορετικών περιοχών ενός πλανήτη.

Εν συντομία

• Για πρώτη φορά, οι ερευνητές χρησιμοποιούν σεισμικά δεδομένα για να εκτιμήσουν έναν παγκόσμιο ρυθμό πρόσκρουσης μετεωρίτη που δείχνει σε μετεωροειδή το μέγεθος μιας μπασκετικής πρόσκρουσης στον Άρη σε σχεδόν καθημερινή βάση.
• Τα σεισμικά σήματα που δημιουργούνται από κρούσεις δείχνουν ότι οι κρούσεις μετεωριτών είναι 5 φορές πιο άφθονες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
• Τα σεισμικά δεδομένα προσφέρουν ένα νέο εργαλείο εκτός από τα δεδομένα παρατήρησης για τον υπολογισμό των ποσοστών πρόσκρουσης μετεωριτών και τον σχεδιασμό μελλοντικών αποστολών στον Άρη.

Μια διεθνής ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής το ETH Zurich και το Imperial College του Λονδίνου, εξήγαγε την πρώτη εκτίμηση των παγκόσμιων επιπτώσεων μετεωριτών στον Άρη χρησιμοποιώντας σεισμικά δεδομένα. Τα ευρήματά τους υποδεικνύουν ότι από 280 έως 360 μετεωρίτες χτυπούν τον πλανήτη κάθε χρόνο σχηματίζοντας κρατήρες πρόσκρουσης με διάμετρο μεγαλύτερο από 8 μέτρα (περίπου 26 πόδια). Η Géraldine Zenhäusern, ETH Zurich, η οποία ήταν συνεπικεφαλής της μελέτης, σχολίασε: «Αυτό το ποσοστό ήταν περίπου πέντε φορές υψηλότερο από τον αριθμό που υπολογίζεται μόνο από τις τροχιακές εικόνες. Σε ευθυγράμμιση με τις τροχιακές εικόνες, τα ευρήματά μας αποδεικνύουν ότι η σεισμολογία είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για τη μέτρηση των ρυθμών πρόσκρουσης».

Το σεισμικό «κελάηδημα» σηματοδοτεί νέα κατηγορία σεισμών

Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το σεισμόμετρο που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της αποστολής InSight της NASA στον Άρη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι 6 σεισμικά γεγονότα που καταγράφηκαν σε κοντινή απόσταση από το σταθμό είχαν προηγουμένως αναγνωριστεί ως μετεωρικές κρούσεις (Garcia et al., 2023) – μια διαδικασία που ενεργοποιήθηκε από την καταγραφή ενός συγκεκριμένου ακουστικού ατμοσφαιρικού σήματος που παράγεται όταν οι μετεωρίτες εισέρχονται στην ατμόσφαιρα του Άρη. Τώρα, το Zenhäusern, το ETH Zurich, συν-επικεφαλής, η Natalia Wójcicka, το Imperial College του Λονδίνου και η ερευνητική ομάδα ανακάλυψαν ότι αυτά τα 6 σεισμικά συμβάντα ανήκουν σε μια πολύ μεγαλύτερη ομάδα θαλάσσιων σεισμών, τα λεγόμενα συμβάντα πολύ υψηλής συχνότητας (VF). Η διαδικασία πηγής αυτών των σεισμών συμβαίνει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι για έναν τεκτονικό σεισμό παρόμοιου μεγέθους. Όταν ένας κανονικός σεισμός 3 Ρίχτερ στον Άρη διαρκεί αρκετά δευτερόλεπτα, ένα συμβάν που δημιουργείται από κρούση του ίδιου μεγέθους διαρκεί μόνο 0,2 δευτερόλεπτα ή λιγότερο, λόγω της υπερταχύτητας της σύγκρουσης. Με την ανάλυση των φασμάτων των μαρσεισμών, εντοπίστηκαν άλλοι 80 σεισμικοί σεισμοί που τώρα πιστεύεται ότι προκαλούνται από χτυπήματα μετεωροειδών.

Η ερευνητική τους αναζήτηση ξεκίνησε τον Δεκέμβριο του 2021, ένα χρόνο πριν η συσσωρευμένη σκόνη στα ηλιακά πάνελ βάλει τέλος στην αποστολή InSight, όταν ένας μεγάλος μακρινός σεισμός που καταγράφηκε από το σεισμόμετρο αντήχησε ένα ευρυζωνικό σεισμικό σήμα σε όλο τον πλανήτη. Η τηλεπισκόπηση συσχέτισε τον σεισμό με έναν κρατήρα πλάτους 150 μέτρων. Για επιβεβαίωση, η ομάδα του InSight συνεργάστηκε με την κάμερα περιβάλλοντος Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) (CTX) για να αναζητήσει άλλους φρέσκους κρατήρες που θα ταιριάζουν με το χρόνο και τη θέση των σεισμικών γεγονότων που ανιχνεύθηκαν από το InSight. Το έργο των ντετέκτιβ των ομάδων απέδωσε καρπούς και είχαν την τύχη να βρουν έναν δεύτερο φρέσκο ​​κρατήρα με διάμετρο 100 μέτρων (320 πόδια). Μικρότεροι κρατήρες, ωστόσο, που σχηματίστηκαν όταν μετεωροειδή μεγέθους μπάσκετ χτυπούν τον πλανήτη και που θα έπρεπε να είναι πολύ πιο συνηθισμένοι, παρέμειναν άπιαστοι. Τώρα, ο αριθμός των χτυπημάτων μετεωρίτη υπολογίζεται πρόσφατα από την εμφάνιση αυτών των ειδικών σεισμών υψηλής συχνότητας.

Πρώτος ρυθμός πρόσκρουσης μετεωριτών από σεισμικά δεδομένα

Περίπου 17.000 μετεωρίτες πέφτουν στη Γη κάθε χρόνο, αλλά αν δεν διασχίσουν τον ουρανό της νύχτας, σπάνια γίνονται αντιληπτοί. Οι περισσότεροι μετεωρίτες αποσυντίθενται καθώς εισέρχονται στην ατμόσφαιρα της Γης, αλλά στον Άρη η ατμόσφαιρα είναι 100 φορές πιο λεπτή αφήνοντας την επιφάνειά του εκτεθειμένη σε μεγαλύτερες και συχνότερες κρούσεις μετεωριτών.

Μέχρι τώρα, οι πλανητικοί επιστήμονες βασίζονταν σε τροχιακές εικόνες και μοντέλα που προέκυψαν από καλά διατηρημένους κρατήρες πρόσκρουσης μετεωριτών στη Σελήνη, αλλά η παρέκταση αυτών των εκτιμήσεων στον Άρη αποδείχτηκε πρόκληση. Οι επιστήμονες έπρεπε να λογοδοτήσουν για την ισχυρότερη βαρυτική έλξη του Άρη και την εγγύτητά του στη ζώνη των αστεροειδών, που και τα δύο σημαίνουν ότι περισσότεροι μετεωρίτες έπληξαν τον κόκκινο πλανήτη. Από την άλλη πλευρά, οι τακτικές αμμοθύελλες έχουν ως αποτέλεσμα κρατήρες που είναι πολύ λιγότερο καλά διατηρημένοι από εκείνους στη Σελήνη και, επομένως, δεν ανιχνεύονται τόσο εύκολα με τροχιακές εικόνες. Όταν ένας μετεωρίτης χτυπά τον πλανήτη, τα σεισμικά κύματα της πρόσκρουσης ταξιδεύουν μέσω του φλοιού και του μανδύα και μπορούν να ληφθούν από σεισμόμετρα, τα οποία παρέχουν έναν εντελώς νέο τρόπο μέτρησης του ρυθμού πρόσκρουσης του Άρη.

Η Wójcicka εξηγεί, «Υπολογίσαμε τις διαμέτρους των κρατήρων από το μέγεθος όλων των VF-marsquakes και τις αποστάσεις τους και, στη συνέχεια, το χρησιμοποιήσαμε για να υπολογίσουμε πόσοι κρατήρες σχηματίστηκαν γύρω από την προσγείωση InSight κατά τη διάρκεια ενός έτους. Στη συνέχεια, υπολογίσαμε αυτά τα δεδομένα για να υπολογίσουμε τον αριθμό των κρούσεων που συμβαίνουν ετησίως σε ολόκληρη την επιφάνεια του Άρη».

Η Zenhäusern προσθέτει, «Ενώ οι νέοι κρατήρες μπορούν να φανούν καλύτερα σε επίπεδο και σκονισμένο έδαφος όπου πραγματικά ξεχωρίζουν, αυτός ο τύπος εδάφους καλύπτει λιγότερο από το ήμισυ της επιφάνειας του Άρη. Το ευαίσθητο σεισμόμετρο InSight, ωστόσο, μπορούσε να ακούσει κάθε κρούση εντός της εμβέλειας των προσγειωμένων».

Πληροφορίες για την ηλικία του Άρη και τις μελλοντικές αποστολές

Όπως και οι γραμμές και οι ρυτίδες στο πρόσωπό μας, το μέγεθος και η πυκνότητα των κρατήρων από χτυπήματα μετεωριτών αποκαλύπτουν ενδείξεις για την ηλικία διαφορετικών περιοχών ενός πλανητικού σώματος. Όσο λιγότεροι κρατήρες, τόσο νεότερη είναι η περιοχή του πλανήτη. Η Αφροδίτη, για παράδειγμα, δεν έχει σχεδόν καθόλου ορατούς κρατήρες, επειδή προστατεύεται από μια ατμόσφαιρα σκέψης και η επιφάνειά της επανεξετάζεται συνεχώς από τον ηφαιστειακό, οι αρχαίες επιφάνειες του Ερμή και της Σελήνης είναι σε μεγάλο βαθμό κρατήρες. Ο Άρης βρίσκεται ανάμεσα σε αυτά τα παραδείγματα, με μερικές παλιές και μερικές νεαρές περιοχές που διακρίνονται από τον αριθμό των κρατήρων.

Νέα δεδομένα δείχνουν ότι ένας κρατήρας 8 μέτρων (26 πόδια) συμβαίνει κάπου στην επιφάνεια του Άρη σχεδόν κάθε μέρα και ένας κρατήρας 30 μέτρων (98 πόδια) εμφανίζεται περίπου μία φορά το μήνα. Δεδομένου ότι οι κρούσεις με υπερταχύτητα προκαλούν ζώνες έκρηξης που είναι εύκολα 100 φορές μεγαλύτερες σε διάμετρο από τον κρατήρα, η γνώση του ακριβούς αριθμού των κρούσεων είναι σημαντική για την ασφάλεια των ρομποτικών, αλλά και μελλοντικών ανθρώπινων αποστολών στον κόκκινο πλανήτη.

«Αυτό είναι το πρώτο έγγραφο του είδους του που προσδιορίζει πόσο συχνά οι μετεωρίτες προσκρούουν στην επιφάνεια του Άρη από σεισμολογικά δεδομένα – που ήταν στόχος αποστολής επιπέδου 1 της αποστολής Mars InSight», λέει ο Domenico Giardini, Καθηγητής Σεισμολογίας και Γεωδυναμικής στο ETH Zurich και Συν-Κύριος ερευνητής για την αποστολή Mars InSight της NASA. «Τέτοια δεδομένα επηρεάζουν τον σχεδιασμό για μελλοντικές αποστολές στον Άρη».

Σύμφωνα με τις Zenhäusern και Wójcicka, τα επόμενα βήματα για την προώθηση αυτής της έρευνας περιλαμβάνουν τη χρήση τεχνολογιών μηχανικής μάθησης για να βοηθήσουν τους ερευνητές να εντοπίσουν περαιτέρω κρατήρες σε δορυφορικές εικόνες και να εντοπίσουν σεισμικά γεγονότα στα δεδομένα.

Aναδημοσίευση άρθρου της Marianne Lucien 28.06.2024 στο ETH Zurich News. Link to original article >

Πηγές: 

Zenhäusern, G, Wójcicka, N, Stähler, SC, Collins, GS, Daubar, IJ, Knapmeyer, M, Ceylan, S, Clinton, JF, Giardini, D: An estimate of the impact rate on Mars from statistics of very-high-frequency marsquakes. Nature Astronomy, 2024, doi.org/10.1038/s41550-024-02301-z

Daubar, IJ, Garcia, RF, Stott, AE, Fernando, B, Collins, GS, Dundas, CM, Wójcicka, N, Zenhäusern, G, McEwen, AS, Stähler, SC, Golombek, M, Charalambous, C, Giardini, D, Lognonné, P, Banerdt, WB: Seismically Detected Cratering on Mars: Enhanced Recent Impact Flux? Science Advances, 2024, doi: 10.1126/sciadv.adk7615

Posiolova, L.V., et al: Largest recent impact craters on Mars: Orbital imaging and surface seismic co-investigation. Science 378, 412–417, 2022, doi.org/10.1126/science.abq7704

Garcia, R.F., et al: Newly formed craters on Mars located using seismic and acoustic wave data from InSight. Nature Geoscience 1–7, 2022, doi.org/10.1038/s41561-022-01014-0