Trên Tạp chí Khoa học, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên cung cấp ước tính kích thước lõi sao Hỏa cũng như độ dày lớp vỏ và cấu trúc lớp phủ của hành tinh này.
Đây được xem là cuộc thăm dò địa chấn đầu tiên về cấu trúc bên trong một hành tinh ngoài Trái đất và là một bước quan trọng để tìm hiểu sự hình thành và phát triển nhiệt trên sao Hỏa.
Trước sứ mệnh của tàu InSight, cấu trúc bên trong sao Hỏa chưa được hiểu rõ. Các mô hình chỉ dựa trên dữ liệu được thu thập bởi các vệ tinh quay quanh quỹ đạo và phân tích thiên thạch trên sao Hỏa rơi xuống Trái đất.
Với việc triển khai thành công Thí nghiệm địa chấn đối với cấu trúc lõi (SEIS – Seismic Experiment for Interior Structure) trên bề mặt sao Hỏa vào đầu năm 2019, các nhà khoa học đã thu thập và phân tích địa chấn trong thời gian 1 năm sao Hỏa (tương đương gần 2 năm trên Trái đất).
Nhiều phát hiện từ tàu InSight
Một khó khăn khác trên sao Hỏa là các trận động đất thường nhỏ và những tiếng ồn địa chấn do bầu khí quyển của nó tạo ra. Trên Trái đất, các trận động đất mạnh hơn nhiều, trong khi đó các máy đo địa chấn được đặt trong các hầm hoặc dưới lòng đất, giúp thu được thông tin hiệu quả và chính xác hơn.
“Mặc dù, các trận động đất trên sao Hỏa thường có cường độ tương đối thấp, dưới 3,5 độ richter, nhưng nhờ độ nhạy cảm cao của máy đo địa chấn băng tần rộng, kết hợp với tiếng ồn thấp khi đêm xuống, chúng tôi đã có được những khám phá mà 2 năm trước đây chúng tôi nghĩ rằng chỉ có được với các trận động đất có cường độ lớn hơn 4,0” – Giáo sư Philippe Lognonné tại Đại học Paris cho hay.
Mỗi ngày, dữ liệu được gửi về cho các nhà khoa học sau khi đã được loại bỏ tạp âm (gió và các biến dạng liên quan đến việc thay đổi nhiệt độ nhanh chóng). Hơn 600 sự kiện trên sao Hỏa đã được lập danh mục, trong đó hơn 60 sự kiện là do các trận động đất tương đối xa gây ra. Khoảng 10 trong số 60 sự kiện địa chấn trên chứa thông tin về cấu trúc sâu của sao Hỏa.
Giáo sư Lognonné giải thích: “Các sóng địa chấn trực tiếp từ một trận động đất giống như âm thanh của tiếng nói trên núi: Chúng tạo ra tiếng vang. Chính những tiếng vang này, đã được phản xạ từ lõi, hoặc ở điểm giao lớp phủ và lớp vỏ hay thậm chí bề mặt của sao Hỏa mà chúng tôi tìm kiếm trong các tín hiệu, nhờ vào sự tương đồng của chúng với các sóng trực tiếp”.
Minh họa cấu trúc bên trong sao Hỏa.
Các lớp bên trong sao Hỏa
Bằng cách so sánh hành vi của sóng địa chấn khi chúng di chuyển qua lớp vỏ trước khi đến tàu InSight, một số điểm gián đoạn trong lớp vỏ đã được xác định. Điểm gián đoạn đầu tiên được quan sát ở độ sâu khoảng 10km, đánh dấu ranh giới giữa một cấu trúc bị thay đổi nhiều, do sự lưu thông của chất lỏng cách đây rất lâu và lớp vỏ chỉ bị thay đổi một chút.
Điểm gián đoạn thứ 2 ở khoảng cách 20km và điểm thứ 3 ít rõ ràng hơn ở khoảng 35km. Điều này làm sáng tỏ sự phân tầng của lớp vỏ bên dưới sao Hỏa.
Giảng viên cao cấp tại Đại học Lyon, ông Benoit Tauzin cho biết, để xác định những điểm gián đoạn trên, các nhà nghiên cứu đã dùng các phương pháp phân tích mới nhất về động đất và những rung động do môi trường gây ra (tiếng ồn địa chấn).
Trong lớp phủ, các nhà khoa học đã phân tích sự khác biệt giữa thời gian di chuyển của các sóng được tạo ra trực tiếp trong trận động đất và của các sóng được tạo ra khi chúng bị phản xạ khỏi bề mặt.
Nhờ khác biệt này nên chỉ cần một trạm nghiên cứu duy nhất, các nhà khoa học có thể xác định cấu trúc lớp phủ trên và đặc biệt là sự thay đổi vận tốc địa chấn theo độ sâu. Tuy nhiên, những thay đổi về vận tốc như vậy có liên quan đến nhiệt độ.
“Điều đó có nghĩa là dòng nhiệt của sao Hỏa có lẽ thấp hơn từ 3 - 5 lần so với Trái đất” – nhà nghiên cứu Henri Samuel cho biết.
Cuối cùng, trong nghiên cứu thứ 3, các nhà khoa học tìm kiếm các sóng phản xạ từ bề mặt của lõi sao Hỏa. Phép đo bán kính của nó là một trong những thành tựu chính của tàu InSight.
Các nhà khoa học phát hiện có sự hiện diện của các nguyên tố nhẹ trong lõi chất lỏng của sao Hỏa và nó gây ra những hậu quả lớn đối với quá trình khoáng vật học của lớp phủ tại bề mặt phân cách giữa lớp phủ và lõi.
Các nhà khoa học thấy rằng, giống Trái đất, sao Hỏa có lớp vỏ, lớp phủ và lớp lõi. Lớp vỏ dày từ 24 - 72km, mỏng hơn dự đoán. Lớp phủ dày 1.561km. Lớp lõi của sao Hỏa dày tới 1.830km. Lớp lõi lỏng và có mật độ vật chất thấp.
