NASA's InSight Mars-lander heeft seismische golven gedetecteerd van vier ruimterotsen die in 2020 en 2021 op Mars zijn neergestort.

Dit zijn niet alleen de eerste inslagen die door de seismometer van het ruimtevaartuig zijn gedetecteerd sinds InSight in 2018 op Mars landde, maar het is ook de eerste keer dat seismische en akoestische golven van een inslag zijn gedetecteerd op de rode planeet — een ontwikkeling die wetenschappers een nieuwe manier om de korst, mantel en kern van Mars te bestuderen.

Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature Geoscience -waarop Brown University Assistant Professor (onderzoek) van Earth, Environmental and Planetary Sciences Ingrid Daubar een co-auteur is - beschrijft de effecten, die varieerden tussen 53 en 180 mijl van de locatie van InSight, een gebied van Mars genaamd Elysium Planitia.

"Het was superspannend", herinnert Daubar zich over de gevolgen. "Mijn favoriete foto's zijn die van de kraters zelf. Na drie jaar wachten op een inslag, zagen die kraters er prachtig uit."

Van de vier bevestigde meteoroïden, de term die wordt gebruikt voor ruimterotsen voordat ze de grond raken, maakte de eerste die het team vond de meest dramatische entree:hij kwam op 5 september 2021 de atmosfeer van Mars binnen en explodeerde in ten minste drie scherven die elk kraters achterlieten.

Toen NASA's Mars Reconnaissance Orbiter over de geschatte inslaglocatie vloog om de locatie te bevestigen, gebruikte het zijn zwart-wit contextcamera om drie donkere vlekken op het oppervlak te onthullen. Na het lokaliseren van deze plekken, gebruikte het team van de orbiter de High-Resolution Imaging Science Experiment-camera om een ​​close-up in kleur van de kraters te maken. Er is ook audio van de effecten beschikbaar.

Na het doorzoeken van eerdere gegevens werd bevestigd dat drie andere effecten op 27 mei 2020 plaatsvonden; 18 februari 2021; en 31 augustus 2021.

"Het hebben van een heel precieze locatie voor de bron van de impact kalibreert alle andere gegevens voor de missie", zei Daubar. "Dit valideert de schattingen die we hebben gemaakt en stelt ons in staat om dit nauwkeuriger te doen... Het vertelt ons ook veel over het impactproces zelf en de seismische resultaten. We hebben dit nog nooit eerder gezien."

Onderzoekers hebben zich afgevraagd waarom ze niet meer meteoroïde-inslagen op Mars hebben ontdekt. De rode planeet bevindt zich naast de belangrijkste asteroïdengordel van het zonnestelsel, die een ruime voorraad ruimterotsen biedt om het oppervlak van de planeet te beschadigen. Omdat de atmosfeer van Mars slechts 1% zo dik is als die van de aarde, gaan er meer meteoroïden doorheen zonder te desintegreren.

Bovendien heeft de seismometer van InSight meer dan 1.300 "marsbevingen" gedetecteerd. Het instrument, geleverd door de Franse ruimtevaartorganisatie Centre National d'Études Spatiales, is zo gevoelig dat het seismische golven van duizenden kilometers afstand kan detecteren. Maar het evenement op 5 september 2021 markeert de eerste keer dat een impact werd gedetecteerd.

Het team van InSight vermoedt dat andere effecten mogelijk zijn verdoezeld door windgeluid of seizoensveranderingen in de atmosfeer. Nu de kenmerkende seismische signatuur van een inslag op Mars is ontdekt, verwachten wetenschappers meer te vinden in de bijna vier jaar aan gegevens van InSight.

Planetaire passie

Voor Daubar - die naast haar rol bij Brown een onderzoekswetenschapper is bij het NASA Jet Propulsion Laboratory en de Impact Cratering Working Group op de InSight-missie leidt - ziet ze het potentieel van de gegevens voor verdere studie van andere planeten, waaronder de aarde.

"In bredere zin is de reden dat we andere planeten bestuderen, om onze eigen planeet beter te begrijpen," zei ze.

Daubar is al drie jaar assistent-professor planetaire wetenschappen bij Brown, maar haar kosmische nieuwsgierigheid ontwikkelde zich veel eerder.

"Ik had het geluk dat mijn openbare middelbare school in East Lyme, Connecticut, een planetarium had", zei Daubar. "Het wekte mijn interesse in astronomie en ruimte."

Op de universiteit studeerde ze astronomie aan de Cornell University. Ze ging door met het behalen van een Ph.D. in planetaire wetenschappen aan de Universiteit van Arizona en werd onderzoekswetenschapper bij JPL.

"Ik hou van kraters," zei Daubar. "Ik denk dat ze een van de meer opwindende planetaire processen zijn die we kunnen bestuderen."

Daubar is een van de honderden wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld die bijdragen aan de InSight-missie, zei ze.

"Ik ben een visueel persoon en ik heb veel met camera's gewerkt," zei ze, "dus voor mij is het hebben van het visuele bewijs van dit fysieke fenomeen echt opwindend. We hebben eigenlijk 'voor en na'-beelden. Het is zo Ik vind het cool dat het oppervlak van deze plant nu aan het veranderen is. Het is geen oud geologisch proces."

Wetenschap achter de stakingen

De gegevens van de meteoroïde-inslagen bieden verschillende aanwijzingen die onderzoekers zullen helpen Mars beter te begrijpen.

"We hebben tonnen gegevens, wat echt opwindend is voor wetenschappers", zei Daubar. "We hebben de planeet veel verkend. Er is veel dat we weten - en veel weten we niet."

De meeste marsbevingen worden veroorzaakt door ondergrondse rotsen die barsten door hitte en druk. Door te bestuderen hoe de resulterende seismische golven veranderen als ze door ander materiaal bewegen, kunnen wetenschappers de korst, mantel en kern van Mars bestuderen.

De vier tot nu toe bevestigde inslagen veroorzaakten kleine bevingen met een kracht van niet meer dan 2,0. Dat geeft wetenschappers geen glimp die dieper is dan de korst van Mars, terwijl seismische signalen van grotere aardbevingen, zoals de magnitude 5 aardbeving die plaatsvond in mei 2022, details van de mantel en kern van de planeet kunnen onthullen.

"Deze specifieke effecten zijn erg klein en dichtbij - ze gingen niet door de mantel en de kern", zei Daubar. "Maar het stelt ons in staat om deze kennis te gebruiken voor de hele catalogus van evenementen met een nieuw begrip van deze datapunten op locatie en bron."

Belangrijk is dat de effecten van cruciaal belang zijn voor het verfijnen van de tijdlijn van Mars.

"Inslagen zijn de klokken van het zonnestelsel", zegt Raphael Garcia, van het Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace in Toulouse, Frankrijk, de hoofdauteur van het onderzoek. "We moeten de impactsnelheid van vandaag weten om de ouderdom van verschillende oppervlakken te schatten."

Wetenschappers kunnen de leeftijd van het oppervlak van een planeet schatten door de inslagkraters te tellen. Op Mars heeft het oppervlak meer tijd gehad om inslagkraters van verschillende groottes te verzamelen, omdat de planeet de beweging van de tektonische plaat en het actieve vulkanisme mist die het oppervlak voortdurend vernieuwt, zoals op aarde. Door statistische modellen te kalibreren op basis van hoe vaak ze nu effecten zien optreden, kunnen wetenschappers inschatten hoeveel meer effecten er eerder in de geschiedenis van het zonnestelsel hebben plaatsgevonden.

"Seismologie is een manier waarop we kunnen zien wat er zich in een planeet bevindt", legt Daubar uit. "De InSight-missie is de eerste missie om het binnenste van de planeet daadwerkelijk te bestuderen."

De gegevens van InSight kunnen, in combinatie met orbitale beelden, worden gebruikt om de baan van een meteoroïde te herbouwen en hoe groot de schokgolf was. Elke meteoroïde veroorzaakt een schokgolf wanneer deze de atmosfeer raakt en een explosie wanneer deze de grond raakt. Deze gebeurtenissen sturen geluidsgolven door de atmosfeer. Hoe groter de explosie, hoe meer deze geluidsgolf de grond kantelt wanneer hij InSight bereikt. De seismometer van de lander is gevoelig genoeg om te meten hoeveel de grond door een dergelijke gebeurtenis kantelt en in welke richting.

"We leren meer over het impactproces zelf", zei Garcia. "We kunnen nu verschillende groottes van kraters afstemmen op specifieke seismische en akoestische golven." + Verder verkennen

NASA's InSight registreert monsterbeving op Mars