N.B. Het kan zijn dat elementen ontbreken aan deze printversie.
Seismologie Marslander InSight heeft meteoriet-inslagen vastgelegd. De schokgolven die door de planeet trokken, leren ons iets over de samenstelling van de korst van Mars.
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/images/gn4/stripped/data92634606-76ce4e.jpg)
Foto: NASA/JPL-Caltech
De korst van de planeet Mars is op sommige plekken veel compacter dan gedacht. Dat ontdekte een internationaal team van wetenschappers na analyse van twee seismische trillingen die NASA’s lander InSight heeft opgevangen, na drie jaar wachten in het Marsstof. Doyeon Kim van ETH Zürich en collega’s van andere universiteiten ontdekten de eerste trilling afgelopen Kerstavond. Zijn team en een ander onderzoeksteam bestudeerden de trillingen en deelden hun resultaten vorige week in het blad Science.
Mars is de directe, kleine buurman van de aarde. De stofstormen met bliksems die de planeet soms wekenlang compleet omhullen en de gemiddelde temperatuur van 65 graden onder nul, maken van Mars een koude woestijn. Per jaar slaan zo’n tweehonderd meteorieten in op de planeet. Die veroorzaken trillingen die door de planeet reizen als seismische golven.
Diezelfde golven ontstaan ook bij aardbevingen op Mars, oftewel Marsbevingen. Bij beide gebeurtenissen kunnen twee soorten golven ontstaan. „Oppervlaktegolven die alleen langs het oppervlak door de korst reizen en diepe golven die dwars door de planeet gaan”, zegt Paula Koelemeijer. Zij is seismoloog aan de universiteit van Oxford en niet bij de studie betrokken.
De snelheid waarmee een seismische golf door een planeet beweegt, en de manier waarop, zegt iets over de samenstelling van die planeet. Koelemeijer: „Planeetwetenschappers kunnen oppervlaktegolven gebruiken om iets te leren over de korst van een planeet. Diepe golven vertellen vooral iets over de binnenkant: de mantel en kern.”
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/images/gn4/stripped/data73621623-fbf11f.jpg)
Lees ook: Bevingen op Mars verraden dat de kern van de planeet vloeibaar is
Ondiepe bronnen
Op Mars wacht een seismometer geduldig tot zo’n trilling onder zijn poten voorbij raast. Het koepelvormige instrument staat op de grond en is verbonden met NASA’s lander InSight. De seismometer had al zo’n 1.300 diepe golven gemeten, maar nóóit een oppervlaktegolf. Oppervlaktegolven zijn lastig te detecteren, omdat ze alleen opgewekt worden door grote, ondiepe bronnen. Zelfs pogingen tijdens de Apollomissies om een oppervlaktegolf op de maan te meten zijn nooit gelukt, ondanks dat er vier seismometers werden gebruikt.
Maar op Kerstavond 2021 registreerde de computer van Kim en zijn collega’s een golf met een opvallend hoge frequentie, zoals gezien bij oppervlaktegolven op aarde. Om te bevestigen dat het inderdaad om een oppervlaktegolf ging, belde Kim een collega in Amerika, Liliya Posiolova, de hoofdauteur van de tweede studie. Zij analyseerde Marsfoto’s van NASA’s ruimtesonde Reconnaissance. Kim: „Bij een oppervlaktegolf die sterk genoeg is om op te vangen, verwacht je dat de bron ook ondiep in de planeet zit. Zoals een meteorietinslag. We berekenden dat de bron van de golf zo’n 3.460 kilometer ten noordoosten van de lander lag.”
De Amerikaanse collega’s zagen inderdaad een krater van 130 meter breed, 3.532 kilometer noordoost van de lander. „We zochten in eerdere metingen van de seismometer of we nog een golf konden vinden met dezelfde eigenschappen als die van Kerstavond, een golf die we eerder over het hoofd hadden gezien. We vonden er nog eentje. De bron daarvan was ook een meteorietinslag, op 7.460 kilometer afstand van InSight.
De meteorietinslagen veroorzaakten twee van de vier hevigste bevingen ooit waargenomen op Mars. Deze trillingen zijn vergelijkbaar met een aardbeving met een kracht van 4.
Elastische golven
Kim is blij met de vondst. „Met eerdere, diepe golven konden we alleen gegevens krijgen over de korst direct onder de seismometer. Die golf reist dwars door de planeet en komt vrijwel verticaal door de korst omhoog, soms toevallig onder de seismometer. Dan heb je alléén gegevens van het stukje korst net onder het instrument. Maar oppervlaktegolven reizen horizontaal door de korst. Nu hebben we gegevens over stukken korst van duizenden kilometers lang, het gebied tussen de plekken van de meteorietinslagen en de lander.”
Kim en zijn collega’s analyseerden de snelheid van de golven in de korst tussen vijf tot dertig kilometer diep. De Marskorst is gemiddeld 24 tot 75 kilometer dik. De golven bewogen sneller door de korst dan verwacht op basis van gegevens van het stuk korst direct onder InSight. Kim: „Dat betekent dat de korst tussen InSight en de kraters vermoedelijk een hogere dichtheid heeft dan het stuk korst direct onder InSight.” Seismische golven zijn namelijk elastische golven. Als het materiaal waar ze doorheen reizen compacter is, veert dat materiaal sneller terug en geeft het de elastische energie sneller door.
Hoe kan dat? Kim: „In gesteente zitten meestal holtes. De kraters bevinden zich in vulkanisch gebied. Het kan zijn dat vulkanische restanten de holtes opvulden.”
Koelemeijer is niet verbaasd. „We verwachtten al wel dat de korst van Mars niet overal even compact is, maar dat konden we nog niet aantonen met seismische metingen. Marsmodellen gebruikten daarom een gemiddelde als dichtheid van de hele korst. Dat kunnen we nu verfijnen.” Hoe de korst eruit ziet, onthult iets over de evolutie van de stoffige planeet.
Eind dit jaar wordt dit Marsstof de seismometer vermoedelijk fataal. De laag stof op de zonnepanelen van InSight wordt steeds dikker en die zonnepanelen voorzien de seismometer van stroom. Kim: „Maar InSight heeft al enorm veel gegevens verzameld. Ook als InSight straks het loodje heeft gelegd, is er nog genoeg seismische data over om de komende jaren te bestuderen.”
