Curiosity проводит первые измерения поверхностной гравитации на Марсе

Гравиметрия — измерение крошечных изменений гравитационных полей — может использоваться для исследования внутренней структуры Земли и других планет. Марсоход НАСА Curiosity имеет набор акселерометров, обычно используемых для навигации и определения местоположения.

Команда исследователей во главе с учеными из Университета Джона Хопкинса перенастроила эти приборы, чтобы они могли использоваться для гравиметрии. Они измерили, как местное гравитационное поле изменилось, когда Curiosity прошел через кратер Gale и начал подниматься на гору Sharp, высотой в 5 км внутри кратера, и это было основным объектом исследования Curiosity.

Исследователи планет могут многое узнать о планете, измеряя, что находится под поверхностью в определенном месте. Исследуя изменения в гравитации, они могут рассчитать плотность подстилающей породы, раскрывая все виды ее истории.

В дополнение к общему притяжению силы тяжести Марса, породы с более высокой плотностью в недрах оказывают немного большую силу гравитации, чем породы с более низкой плотностью.

Как правило, для измерения гравитации на Марсе и других планетах ученые используют орбитальные спутники, такие как «Mars Reconnaissance Orbiter». Но поскольку спутники находятся далеко от своих целей, их пространственное разрешение ограничено.

Доктор Кевин Льюис из Университета Джонса Хопкинса и его коллеги решили попробовать откалибровать акселерометры на ровере Curiosity, чтобы измерить поверхностную гравитацию, когда ровер поднимался на гору Шарп.

Как оказалось, ровер уже собрал сотни измерений в течении своей миссии, которую команда ученых могла использовать для измерения едва заметных изменений гравитационного ускорения.

«У Curiosity, по сути, появился новый научный инструмент через шесть с половиной лет», — сказал Кевин Льюис. «Это позволяет нам получать новую информацию о недрах Марса так, как мы никогда раньше не делали».

Во-первых, исследователи приняли во внимание вращение Марса, чтобы приспособиться к ожидаемым изменениям ускорения. Затем они калибровали эту необработанную информацию, учитывая влияние температуры, наклон ровера и другие факторы.

По мере того как Curiosity взбирался на гору Шарп, все дальше от центра Марса, гравитационное притяжение планеты становилось слабее. Измерения с использованием акселерометров ровера показали, однако, что гравитация не падает так быстро, как ожидалось от изменения высоты.

Ученые определили, что разница между прогнозируемыми и смоделированными измерениями была результатом дополнительного снижения массы самой горы Шарп, что позволило ученым оценить плотность породы под ровером.

«Нам удалось измерить объемную плотность материала в кратере Гейла», — говорят исследователи. «Опираясь на минеральное содержание горных пород, определенное химическим и минералогическим инструментом Curiosity, мы оценили плотность  в 2810 кг / м3. Однако объемная плотность, полученная в результате нашего исследования, намного меньше — 1 680 кг / м3 ».

Ученые долго обсуждали происхождение горы Шарп. Кратеры Марса размером с Гейл имеют центральные пики, поднятые толчком от удара, который образовал кратер. Это объясняет часть высоты горы. Но верхние слои ее, по-видимому, состоят из обветренных отложений, которые легче размываются, чем скалы.

Могли ли эти отложения однажды заполнили всю чашу кратера Гейла? Если это так, они могли бы сильно отягощать материалы у основания, уплотняя их. Но новые результаты показывают, что нижние слои горы Шарп были уплотнены всего на  1-2 км материала — намного меньше, чем если бы кратер был полностью заполнен.

«Есть еще много вопросов о том, как развивалась гора Шарп, но новое исследование добавляет важную часть в решение головоломки», — сказал Эшвин Васавада, ученый проекта Curiosity в Лаборатории реактивного движения НАСА. «Я очень рад, что ученые и инженеры все еще находят инновационные способы сделать новые научные открытия с помощью ровера Curiosity».

Kevin W. Lewis et al. 2019. A surface gravity traverse on Mars indicates low bedrock density at Gale crater. Science 363 (6426): 535-537; doi: 10.1126/science.aat0738