Marsdage bliver en smule kortere hvert eneste år
Nye målinger og modeller peger på en uventet proces dybt inde i den røde planets kappe. En enorm, varm og relativt let stenmasse bevæger sig langsomt opad, hvilket forskyver massen i det indre og får Mars' rotation til at accelerere en lille smule år for år.
Siden Viking-missionerne i 1970'erne har forskere holdt nøje øje med Mars' rotationshastighed. Den centrale opdagelse er slående: planeten roterer om sin akse med stadig stigende hastighed. Forskellen er ekstremt lille, men den er målbar.
Radiomålinger fra NASAs InSight-lander viser, at en marsdag hvert år forkortes med cirka 7,6 × 10⁻⁴ millisekund. Det er umærkeligt for et menneske, men på geologiske tidsskalaer peger en sådan tendens på en seriøs intern proces.
Mars vinder hvert år en mikroskopisk smule fart — som om nogen ganske sagte drejer på planetens kontrolknap.
Fysikken bag dette er velkendt: når masse inden i et roterende objekt bevæger sig tættere på rotationsaksen, falder inertimomentet og rotationen accelererer. Det samme princip ser man hos en kunstskøjteløber, der trækker armene ind for at dreje hurtigere.
Det betyder, at der foregår en masseforskydning dybt inde i Mars — ikke ved overfladen, men dybt under skorpen, inde i kappen. Det store spørgsmål var indtil nu: hvad er det præcis, der bevæger sig, og hvor sker det?
Tharsis: vulkansk tungvægter med et mærkeligt tyngdekraftssignal
Nøglen ligger under Tharsis, et enormt højland på Mars, der størrelsesmæssigt kan sammenlignes med Afrika. Her finder man solsystemets største kendte skjoldvulkaner, herunder Olympus Mons, der rager mere end 21 kilometer op over overfladen.
Den kolossale masse påvirker Mars' tyngdefelt. Satellitter, der flyver hen over Tharsis, accelererer let, når de passerer over tyngdepunktet, og sænker farten igen, når de bevæger sig forbi. Præcise målinger giver på den måde et slags tyngdekortlægning af planeten.
Dette kort viser ikke blot en tyngdekraftsbule under Tharsis, men også en bred "fordybning" omkring den. Det mønster peger på strukturer dybere inde i planeten, da signaler med så store bølgelængder ikke kun stammer fra skorpen, men primært fra kappen.
Forskere fra TU Delft og Universitetet i Utrecht kombinerede dette tyngdefelt med seismiske data fra InSight. De opdagede, at modeller, der kun medtager de øverste lag — skorpen og litosfæren — simpelthen ikke kan genskabe det målte tyngdekraftssignal. Uanset hvordan de justerede skorpens tykkelse eller stivhed, stemte det ikke overens.
En gigantisk varm boble 1.200 kilometer nede
Først da forskerne tilføjede en ekstra struktur i den dybe kappe, faldt brikkerne på plads. Den bedste forklaring er en enorm zone af relativt let, varmt bjergmateriale, der langsomt stiger op under Tharsis.
- Placering: cirka 1.200 kilometer under overfladen
- Diameter: omkring 1.500 kilometer
- Tykkelse: circa 400 kilometer
- Tæthed: cirka 60 kilogram per kubikmeter lavere end det omgivende materiale
Man kan forestille sig det som en gigantisk, flad boble af varmt bjergmateriale — så stor som en betydelig del af Vesteuropa — der flyder i den tungere, koldere kappesten. På grund af tæthedsforskellen har denne "boble" en tendens til langsomt at stige opad, præcis som en luftboble i vand.
Den beregnede masseforskydning fra denne stigende struktur stemmer bemærkelsesværdigt godt overens med den målte acceleration af Mars' rotation.
Ifølge studiet er den varme boble ingen lille lokal uregelmæssighed, men en storstilet mantelfane: en opstigende søjle af varmt materiale fra planetens dybe indre.
InSight gjorde Mars' indre langt mindre gådefuldt
At forskere nu kan identificere denne proces, skyldes i høj grad den solide måleserie fra InSight-landeren, der fra 2018 registrerede marsskælv og tyngdekraftsvirkninger, indtil missionen sluttede.
Ved at analysere seismiske bølger fik forskerne konkrete tal om Mars' opbygning under landeren. Herfra kom blandt andet følgende værdier:
| Struktur | Egenskab |
|---|---|
| Skorpen | Gennemsnitlig tykkelse cirka 55 km, under InSight cirka 39 ± 8 km |
| Litosfæren | Mekanisk stift lag ned til cirka 500 ± 100 km dybde |
| Kernen | Delvist flydende, med relativt lav tæthed |
Disse data begrænser kraftigt antallet af mulige modeller for Mars' indre. Kombineret med tyngdefeltet kunne forskerne beregne med langt større præcision. Den endelige model, der kombinerer litosfærisk bøjning og kappestrømning, beskriver Mars' tyngdefelt bedre end tidligere forsøg. Og netop i den forbedrede model dukker den dybe anomali under Tharsis op som det manglende puslespilsbrik.
Er Mars langt fra "død" indeni?
I lang tid blev Mars betragtet som en stort set uddød verden. De store vulkaner mentes ikke at have udspyet lava i titusinder af millioner år, og seismisk aktivitet virkede minimal. Antydningen af, at der nu er en aktiv mantelfane til stede, rokker ved dette billede.
En varm opstigende struktur i kappen peger på vedvarende varmestrømme og langsomt flydende bjergarter. Det kan betyde, at vulkanisme ikke fuldt ud tilhører fortiden, men forløber i lange cyklusser. Sammensætningen og alderen af visse marsmeteoritter — de såkaldte shergottitter — har allerede længe peget på relativt ung vulkansk aktivitet.
Det nye studie viser, at den hastighed, hvormed mantelfanen stiger, passer godt med den estimerede periode mellem vulkanske episoder på Mars. Det nærer tanken om, at der måske igen kan opstå nye vulkanske impulser under Tharsis, selvom det på menneskelige tidsskalaer formentlig vil være næsten umærkeligt.
Hvad vi stadig mangler at måle for at være sikre
Forskerne understreger, at deres forklaring for øjeblikket passer bedst med de tilgængelige data, men at den ikke er den eneste tænkelige mulighed. For virkelig at afprøve, om mantelfanen er aktiv og i bevægelse, kræves nye missioner.
Især en mission, der over lang tid kan følge ændringer i Mars' tyngdefelt, ville være afgørende. En bevægende masse af denne størrelse vil med tiden forårsage minimale forskydninger i tyngdekraftssignalet. Med følsomme satellitter lader det sig måle, sammenligneligt med GRACE-missionerne, der på Jorden sporer variationer i ismasse og grundvand.
Hvis Mars' tyngdefelt ændrer sig målbart over tid, kan det direkte afsløre, hvor og hvordan kappen er i bevægelse.
Desuden ville ekstra landere med seismometre, spredt over forskellige regioner, give et langt bedre overblik over skorpens tykkelse og dybden af overgangszoner i kappen. Dermed kan modellerne forfines yderligere, og billedet af Mars' interne strømning kan blive mere konkret.
Hvad dette fortæller os om beboelige planeter generelt
Spørgsmålet om, hvorvidt Mars stadig er internt aktiv, rækker langt ud over ren nysgerrighed over for én planet. Varmestrømme, mantelfaner og vulkanisme spiller en afgørende rolle i jordlignende verdeners langsigtede udvikling.
På Jorden hjælper mantelfaner og pladetektonik med at lede varme ud fra det indre. Gasser som kuldioxid udveksles løbende mellem dybet og atmosfæren, hvilket bidrager til et stabilt klima på geologiske tidsskalaer. Venus har ingen tydelig pladetektonik, men ser ud til at være internt aktiv på en anden måde, med muligvis storstilet vulkansk aktivitet i perioder.
Mars befinder sig et sted imellem: mindre, hurtigere afkølet, men muligvis ikke fuldstændig stilnet. Det giver en ekstra kontekst til spørgsmålet om, hvorfor Jorden forblev beboelig i lang tid, mens Mars mistede sin tykke atmosfære og sit overfladevand.
For fremtidige bemandede missioner og langvarige baser på Mars er kendskabet til intern aktivitet alt andet end teoretisk. En planet med en stadig nogenlunde varm kappe byder på et andet geokemisk miljø end en totalt uddød verden. Varmekilder, mulige hydrothermale systemer i undergrunden og langsom deformation af skorpen spiller alle en rolle i risikovurderinger og i jagten på gamle — eller måske endda stadig eksisterende — spor af liv.
Den, der tænker på Mars' lange fremtid — som forskningsmål, mulig destination for kolonister eller som laboratorium for planetvidenskab — ser siden disse resultater anderledes på den tilsyneladende stille røde skive på nattehimlen. Denne verden viser sig at være langt mindre forstenet end antaget, med et langsomt bankende indre dybt under støvet, der giver hele planeten et ganske sagte skub fremad.
