Op aarde gebaseerde experimenten met ijzer-zwavellegeringen waarvan gedacht wordt dat ze de kern van Mars vormen, onthullen voor het eerst details over de seismische eigenschappen van de planeet. Deze informatie zal in de nabije toekomst worden vergeleken met waarnemingen van Mars-ruimtesondes. Of de resultaten tussen experiment en observatie samenvallen of niet, zal ofwel bestaande theorieën over de samenstelling van Mars bevestigen of het verhaal van zijn oorsprong in twijfel trekken.

Mars is een van onze naaste aardse buren, toch is het nog steeds erg ver weg - tussen ongeveer 55 miljoen en 400 miljoen kilometer, afhankelijk van waar de aarde en Mars zich ten opzichte van de zon bevinden. Op het moment van schrijven, Mars is ongeveer 200 miljoen kilometer verwijderd, en in ieder geval het is buitengewoon moeilijk, duur en gevaarlijk om te bereiken. Om deze redenen, het is soms verstandiger om de rode planeet te onderzoeken door middel van simulaties hier op aarde dan om een ​​dure ruimtesonde te sturen of, in de toekomst, mensen.

Keisuke Nishida, een assistent-professor van de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van de Universiteit van Tokyo op het moment van de studie, en zijn team bestuderen de innerlijke werking en samenstelling van Mars via seismische gegevens die niet alleen de huidige staat van de planeet onthullen, maar suggereren ook zijn verleden, inclusief de oorsprong ervan.

"De verkenning van het diepe binnenste van de aarde, Mars en andere planeten is een van de grote grenzen van de wetenschap, "zei Nishida. "Het is fascinerend, deels vanwege de ontmoedigende schalen, maar ook vanwege de manier waarop we ze veilig vanaf het aardoppervlak onderzoeken."

Lange tijd is er getheoretiseerd dat de kern van Mars waarschijnlijk bestaat uit een ijzer-zwavellegering. Maar gezien hoe ontoegankelijk de kern van de aarde voor ons is, directe waarnemingen van de kern van Mars zullen waarschijnlijk enige tijd moeten wachten. Daarom zijn seismische details zo belangrijk, als seismische golven, verwant aan enorm krachtige geluidsgolven, door een planeet kan reizen en een blik van binnen kan bieden, zij het met enkele kanttekeningen.

"NASA's Insight-sonde is al op Mars en verzamelt seismische metingen, "zei Nishida. "Echter, zelfs met de seismische gegevens, er ontbrak een belangrijk stuk informatie zonder welke de gegevens niet konden worden geïnterpreteerd. We moesten de seismische eigenschappen kennen van de ijzer-zwavellegering waarvan men denkt dat deze de kern van Mars vormt."

Nishida en team hebben nu de snelheid gemeten voor wat bekend staat als P-golven (een van de twee soorten seismische golven, de andere zijn S-golven) in gesmolten ijzer-zwavellegeringen.

"Vanwege technische hindernissen, het duurde meer dan drie jaar voordat we de ultrasone gegevens konden verzamelen die we nodig hadden, dus ik ben erg blij dat we het nu hebben, " zei Nishida. "Het monster is extreem klein, wat sommige mensen zou kunnen verbazen, gezien de enorme schaal van de planeet die we effectief simuleren. Maar experimenten met hoge druk op microschaal helpen bij het verkennen van structuren op macroschaal en evolutionaire geschiedenissen op lange tijdschaal van planeten."

Een gesmolten ijzer-zwavel legering net boven het smeltpunt van 1, 500 graden Celsius en onderhevig aan 13 gigapascal druk heeft een P-golfsnelheid van 4, 680 meter per seconde; dit is meer dan 13 keer sneller dan de geluidssnelheid in lucht, dat is 343 meter per seconde. De onderzoekers gebruikten een apparaat genaamd een Kawai-type meeraambeeldpers om het monster tot dergelijke drukken te comprimeren. Ze gebruikten röntgenstralen van twee synchrotronfaciliteiten, KEK-PF en SPring-8, om de monsters af te beelden om vervolgens de P-golfwaarden te berekenen.

"Als we onze resultaten nemen, onderzoekers die seismische gegevens van Mars lezen, kunnen nu zien of de kern voornamelijk een ijzer-zwavellegering is of niet, "zei Nishida. "Als dat niet zo is, dat zal ons iets vertellen over de oorsprong van Mars. Bijvoorbeeld, als de kern van Mars silicium en zuurstof bevat, het suggereert dat, zoals de aarde, Mars onderging een enorme impactgebeurtenis toen het zich vormde. Dus waar is Mars van gemaakt, en hoe is het ontstaan? Ik denk dat we het gaan ontdekken."

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .