Mars przyspiesza obrót. Ukryty „bąbel” pod wulkanami zmienia całą planetę

Marsjański dzień powoli się skraca, a winowajca może kryć się głęboko pod gigantycznym rejonem wulkanicznym Tharsis.

Najnowsze analizy danych z misji NASA pokazują, że czerwonej planety nie da się już nazwać martwą. W jej wnętrzu coś się porusza, przestawia masę i dosłownie dokręca kosmiczny „zegarek” Marsa.

Mars zaczyna się obracać szybciej niż kiedyś

Od czasów sond Viking w latach 70. naukowcy mierzą prędkość obrotu Marsa z bardzo dużą dokładnością. Seria pomiarów z ostatnich dekad zdradza wyraźny trend: planeta obraca się coraz szybciej, a jej doba staje się minimalnie krótsza.

Marsjański dzień skraca się o około 7,6 × 10⁻⁴ milisekundy rocznie – to ułamek tysięcznej części milisekundy, lecz trend jest stabilny i potwierdzony.

Dla człowieka to różnica absolutnie nieodczuwalna, ale w skali geologicznej taki efekt wymaga poważnych przetasowań we wnętrzu planety. Fizyka jest tutaj bezlitosna: jeśli część masy przesuwa się bliżej osi obrotu, moment bezwładności spada, a planeta zaczyna się kręcić szybciej. Dokładnie to samo robi łyżwiarz, który przyciąga ręce do ciała, by wykonać szybszy piruet.

Przeczytaj również: Norwegowie kopią w ziemi i trafiają na „piwnicę” sprzed 400 lat

Na Marsie oznacza to jedno: materia w środku planety przemieszcza się w sposób, którego dotąd nie doceniano. Aby zrozumieć, co faktycznie się dzieje, zespół z Delft University of Technology i Uniwersytetu w Utrechcie połączył dane grawitacyjne z orbitersów z informacjami sejsmicznymi z misji InSight. Wynik mocno zaskoczył geofizyków.

Pod Tharsis unosi się gigantyczny, lżejszy od otoczenia „bąbel”

Klucz do zagadki leży pod Tharsis – kolosalnym płaskowyżem wulkanicznym, który powierzchnią dorównuje mniej więcej Afryce. To tam znajduje się Olympus Mons, najwyższa znana góra w Układzie Słonecznym, wznosząca się na ponad 21 kilometrów.

Przeczytaj również: ISS zbliża się do końca. Czy NASA zdąży z nową stacją orbitalną?

Tak ogromne skupisko materii deformuje pole grawitacyjne Marsa. Satelity na orbicie delikatnie przyspieszają, gdy przelatują nad Tharsis, a potem zwalniają, gdy się oddalają. Z tych subtelnych zmian da się wyczytać strukturę masy we wnętrzu planety.

Modele opracowane przez naukowców długo nie chciały się zgadzać z obserwacjami. Niezależnie od tego, jak regulowano grubość i sztywność skorupy, zawsze pozostawał grawitacyjny „resztkowy” sygnał, którego nie dało się wytłumaczyć płytkimi strukturami. To sugerowało, że źródło leży głęboko w płaszczu planety.

Przeczytaj również: Meteoryt pędził nad Kanadą 119 tys. km/h. Nocne niebo zamieniło się w dzień

Najlepiej pasujące rozwiązanie to ogromny obszar o mniejszej gęstości niż otaczający go płaszcz. Według szacunków:

• znajduje się na głębokości około 1200 km,
• ma średnicę około 1500 km,
• jego grubość dochodzi do mniej więcej 400 km,
• jest o około 60 kg/m³ mniej gęsty niż otaczający materiał.

Można to sobie wyobrazić jak dysk gorętszej, lżejszej materii, który niczym bąbel powietrza w wodzie próbuje się unieść ku górze. Taka struktura przypomina znany z Ziemi panache płaszcza – pionowy strumień cieplejszego materiału, napędzający aktywność wulkaniczną.

Unosząca się masa pod Tharsis zmienia rozmieszczenie materii we wnętrzu Marsa. To właśnie ta przebudowa tłumaczy obserwowane przyspieszanie obrotu planety.

Jak misja InSight pomogła „zajrzeć” do środka Marsa

Zanim lądownik InSight osiadł w 2018 roku na równinie Elysium Planitia, modele budowy wewnętrznej Marsa przypominały wróżenie z fusów. Brakowało twardych danych: szacunki grubości skorupy wahały się od 24 do nawet 72 km, co dawało ogromną swobodę w dopasowywaniu modeli grawitacyjnych.

Sytuację zmienił precyzyjny sejsmometr InSight. Analiza marsjańskich „trzęsień ziemi” pozwoliła oszacować:

Dzięki tym pomiarom można było „usztywnić” model planety konkretnymi liczbami. Z analizy wrażliwości wynika, że przeciętna grubość marsjańskiej skorupy wynosi ok. 55 km, a jej gęstość to około 3050 kg/m³. Litosfera – sztywna, zewnętrzna powłoka – ma elastyczną grubość bliską 100 km.

Połączenie tych danych z mapami pola grawitacyjnego dało zupełnie nową jakość. Model uwzględniający zarówno ugięcie litosfery, jak i przepływy w płaszczu znacznie lepiej odtwarza globalne pole grawitacyjne Marsa. A co ważniejsze, pozostawia charakterystyczny „resztkowy” sygnał w rejonie Tharsis, który wymusza obecność głębokiej, lżejszej struktury.

Mars może być nadal żywą, geologiczną planetą

Sugestia, że pod Tharsis pracuje aktywny panache płaszcza, mocno zmienia obraz Marsa. Przez lata wielu badaczy widziało w nim raczej skamieniały świat: dawno wygasłe wulkany, sporadyczne drgania i łagodnie stygnące wnętrze.

Jeśli w płaszczu wciąż wznosi się ciepły materiał, historia może wyglądać inaczej. Wulkany, które milczą od milionów lat, niekoniecznie zakończyły działalność raz na zawsze. Tempo wznoszenia się takiej struktury wydaje się zgodne z rytmem epizodów wulkanizmu rejestrowanych w geologii Marsa.

Niektóre marsjańskie meteoryty – tzw. shergotyty – wskazują na stosunkowo młode erupcje, liczone w dziesiątkach milionów lat. Taki panache w płaszczu może być ich wspólnym źródłem.

Pytanie brzmi: czy ten proces nadal trwa, czy obserwujemy już jedynie jego dogasającą fazę? Obecne dane nie pozwalają odpowiedzieć jednoznacznie. Autorzy badań proponują kolejną misję: sondę skoncentrowaną wyłącznie na bardzo precyzyjnych pomiarach zmian pola grawitacyjnego Marsa w czasie. Ruch tak dużej, mniej gęstej struktury powinien powoli modyfikować grawitację planety, co dałoby bezpośredni test tej hipotezy.

Dlaczego to ma znaczenie dla przyszłych misji i życia w kosmosie

Wiedza o tym, że Mars wciąż kryje aktywne procesy we wnętrzu, ma kilka praktycznych wymiarów. Jeśli planeta nie jest całkiem „zgaszona”, może zachowywać dłużej ciepło w głębi. To z kolei wpływa na:

• cyrkulację potencjalnej wody w skorupie i płaszczu,
• długotrwałe magazynowanie energii geotermalnej,
• stabilność chemiczną skał mających znaczenie dla powstawania i przetrwania życia.

Aktywniejsze wnętrze oznacza także, że krajobraz Marsa w bardzo długiej skali czasowej wciąż może się zmieniać. Kolejne pokolenia sond, a kiedyś załogowych misji, trafią więc na planetę mniej przewidywalną, niż zakładano. Niewielkie trzęsienia, lokalne strefy podwyższonego strumienia ciepła czy nawet odległa w czasie reaktywacja wulkanizmu to scenariusze, które inżynierowie misji będą musieli brać pod uwagę.

Z punktu widzenia nauki o planetach Mars staje się świetnym „laboratorium porównawczym”. Ziemia, Wenus i Mars to trzy różne drogi rozwoju skalistych globów. Zrozumienie, czemu Mars wyraźnie ostygł, ale nie do końca, może pomóc ocenić, jakie warunki sprzyjają długowiecznej aktywności geologicznej i czy da się ją powiązać z szansami na życie.

Warto też pamiętać, że przyspieszenie obrotu, choć mikroskopijne, jest trwałym sygnałem procesów zachodzących pod powierzchnią. Dla badaczy to coś w rodzaju „pulsu” planety. Dopóki się zmienia, dopóty we wnętrzu Marsa dzieją się rzeczy, które przy odpowiednio czułych instrumentach da się prześledzić w czasie.

Dla przyszłych mieszkańców Marsa – jeśli kiedyś tacy się pojawią – te procesy mogą stać się zarówno zagrożeniem, jak i szansą. Energia geotermalna mogłaby zasilać bazy w miejscach o podwyższonym strumieniu ciepła. Z drugiej strony aktywność tektoniczna czy wulkaniczna zawsze niesie ryzyko. Nowe badania pokazują, że planowanie kolonii na „wiecznie martwym” Marsie może okazać się złudzeniem. Planeta cały czas wykonuje delikatny, ale realny ruch w stronę większej dynamiki – dosłownie i w przenośni.