Bagaimana data seismik dari NASA InSight menulis ulang sejarah Mars

Sinyal seismik menunjukkan Mars Sekitar 300 meteorit seukuran bola basket menghantamnya setiap tahun, sehingga menyediakan alat baru untuk menentukan umur permukaan planet.

Ilmuwan yang terlibat di dalamnya NASAMisi InSight NASA telah mengungkapkan bahwa Mars mengalami dampak meteorit yang jauh lebih banyak daripada yang diperkirakan sebelumnya, dengan rata-rata tahunan berkisar antara 280 hingga 360 dampak besar. Pemahaman baru ini berasal dari data seismik yang ditangkap oleh seismometer InSight, yang menyarankan cara yang lebih efisien untuk menentukan umur permukaan planet di seluruh tata surya.

Penelitian baru yang dipimpin oleh para ilmuwan di Perguruan Tinggi Kekaisaran London Sebuah studi baru-baru ini yang dilakukan oleh para peneliti di Universitas Zurich bekerja sama dengan Institut Teknologi Federal Swiss Zurich, yang bekerja sebagai bagian dari misi InSight NASA, mengungkapkan seberapa sering “gempa Mars” yang disebabkan oleh dampak meteorit terjadi di Mars.

Para peneliti menemukan bahwa Mars mengalami sekitar 280 hingga 360 tumbukan meteorit setiap tahun, menciptakan kawah dengan diameter lebih dari delapan meter dan mengguncang permukaan Planet Merah.

Tingkat gempa Mars ini, yang terdeteksi oleh “seismometer” InSight – sebuah instrumen yang mampu mengukur pergerakan tanah sekecil apa pun – melebihi perkiraan sebelumnya berdasarkan citra satelit dari permukaan Mars.

Kawah-kawah ini terbentuk akibat tumbukan meteorit dengan Mars pada 5 September 2021, dan merupakan yang pertama ditemukan oleh penjelajah InSight milik NASA. Diambil oleh Mars Reconnaissance Orbiter milik NASA, gambar berwarna yang disempurnakan ini menyoroti debu dan tanah yang terganggu oleh efek tersebut dengan warna biru untuk membuat detail lebih terlihat oleh mata manusia. Sumber: NASA/JPL-Caltech/Universitas Arizona

Data seismik dan penanggalan planet

Para peneliti mengatakan data seismik ini bisa menjadi cara yang lebih baik dan lebih langsung untuk mengukur tingkat dampak meteorit, dan dapat membantu para ilmuwan menentukan usia permukaan planet di seluruh tata surya dengan lebih akurat.

Dr Natalia Wojcicka, peneliti di Departemen Ilmu dan Teknik Bumi di Imperial College London, dan salah satu penulis studi tersebut, mengatakan: “Dengan menggunakan data seismik untuk lebih memahami seberapa sering meteorit bertabrakan dengan Mars dan bagaimana dampak ini mengubah planet Mars. permukaan, kita dapat mulai menyusun garis waktu sejarah geologi dan evolusi planet Merah.”

“Anda dapat menganggapnya sebagai semacam ‘jam kosmik’ untuk membantu kita menentukan usia permukaan Mars dan, mungkin nanti, planet lain di tata surya.”

Studi ini dipublikasikan hari ini (28 Juni) di jurnal Astronomi alam.

Gambar kolase menunjukkan tiga dampak meteorit yang pertama kali terdeteksi oleh seismograf pada pendarat InSight NASA dan kemudian ditangkap oleh Mars Reconnaissance Orbiter menggunakan kamera HiRISE. Hak Cipta: NASA/JPL-Caltech/Universitas Arizona

Kawah arkeologi sebagai jam kosmik

Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah menggunakan jumlah kawah di permukaan Mars dan planet lain sebagai “jam kosmik” untuk memperkirakan usia planet. Permukaan planet yang lebih tua memiliki lebih banyak kawah dibandingkan permukaan planet yang lebih muda.

Untuk menghitung usia planet dengan cara ini, para ilmuwan menggunakan model berdasarkan kawah di permukaan bulan untuk memprediksi laju tumbukan meteorit dengan ukuran berbeda dari waktu ke waktu. Untuk menerapkan model ini ke Mars, model tersebut harus dimodifikasi dengan mempertimbangkan bagaimana atmosfer mencegah benda terkecil mengenai permukaan dan perbedaan ukuran serta lokasi Mars di tata surya.

Untuk kawah kecil yang lebarnya kurang dari 60 meter, para ilmuwan Mars juga dapat mengamati seberapa sering kawah baru terbentuk menggunakan citra satelit – namun jumlah kawah yang ditemukan dengan cara ini jauh lebih rendah dari yang diperkirakan.

Rendering artis tentang pendarat InSight yang beroperasi di permukaan Mars. InSight, kependekan dari Eksplorasi Interior Menggunakan Investigasi Seismik, Geodesi, dan Perpindahan Panas, adalah pendarat yang dirancang untuk melakukan pemeriksaan komprehensif pertama terhadap Mars sejak pembentukannya 4,5 miliar tahun lalu. Hak Cipta: NASA/JPL-Caltech

Wawasan dari seismometer InSight

Dalam penelitian baru ini, yang merupakan bagian dari misi InSight untuk memahami aktivitas seismik dan struktur internal Mars, para peneliti telah mengidentifikasi pola sinyal seismik yang sebelumnya tidak diketahui yang dihasilkan oleh tumbukan meteorit. Sinyal-sinyal ini dicirikan oleh proporsi gelombang frekuensi tinggi yang jauh lebih besar dibandingkan dengan sinyal seismik pada umumnya, serta karakteristik lainnya, dan dikenal sebagai gempa bumi Mars yang “berfrekuensi sangat tinggi”.

Para peneliti menentukan bahwa tingkat dampak meteorit lebih tinggi dari perkiraan sebelumnya dengan melihat kawah yang baru terbentuk yang ditangkap oleh citra satelit dan konsisten dengan mengekstrapolasi data dari kawah di permukaan bulan.

Hal ini menyoroti keterbatasan model dan perkiraan sebelumnya, serta perlunya model yang lebih baik untuk memahami pembentukan kawah dan dampak meteorit di Mars.

Kekuatan data seismik dalam ilmu planet

Untuk mengatasi masalah ini, tim ilmuwan menggunakan pendarat InSight milik NASA dan seismometer yang sangat sensitif, SEIS, untuk mencatat peristiwa seismik yang mungkin disebabkan oleh dampak meteorit.

Seismograf SEIS mendeteksi tanda-tanda seismik yang berbeda dari gempa bumi berfrekuensi tinggi di Mars, yang menurut para peneliti merupakan indikasi dampak meteorit dan berbeda dari aktivitas seismik lainnya.

Dengan menggunakan metode deteksi dampak baru ini, para peneliti mendeteksi dampak yang jauh lebih besar daripada yang diperkirakan oleh citra satelit, terutama untuk dampak kecil yang menghasilkan kawah dengan diameter hanya beberapa meter.

Profesor Gareth Collins, salah satu penulis studi di Departemen Ilmu dan Teknik Bumi di Imperial College London, mengatakan: “SEIS telah terbukti sangat berhasil dalam mendeteksi dampak – tampaknya mendengarkan dampak lebih efektif daripada mencarinya jika kita ingin memahaminya.” Berapa kali hal itu terjadi?”

Meningkatkan pemahaman kita tentang tata surya

Para peneliti percaya bahwa penggunaan seismometer yang lebih kecil dan lebih terjangkau pada pendarat di masa depan dapat lebih meningkatkan pemahaman kita tentang tingkat dampak dan struktur internal Mars. Alat-alat ini akan membantu para peneliti mendeteksi lebih banyak sinyal seismik, menyediakan kumpulan data yang lebih komprehensif untuk memahami dampak meteorit di Mars dan planet lain, serta struktur internalnya.

Dr Wojcicka berkata: “Untuk memahami struktur internal planet, kami menggunakan seismologi. Hal ini terjadi karena ketika gelombang seismik merambat atau memantulkan material di kerak, mantel, dan inti planet, maka terjadi perubahan. Dengan mempelajari perubahan-perubahan ini, ahli seismologi dapat menentukan bahan apa yang terbuat dari lapisan-lapisan ini dan seberapa dalam lapisan tersebut.

“Di Bumi, Anda dapat memahami struktur internal planet kita dengan paling mudah dengan melihat data dari seismometer yang tersebar di seluruh dunia. Namun, di Mars, hanya ada satu instrumen – SEIS. Untuk lebih memahami struktur internal Mars, kita memerlukannya Lebih banyak seismometer yang tersebar di seluruh planet ini.”

Serta penelitian baru yang dipublikasikan di Astronomi alamTim ini juga terlibat dalam penelitian lain yang diterbitkan di Kemajuan ilmu pengetahuan Saat ini, menggunakan gambar dan sinyal atmosfer yang direkam oleh InSight untuk memperkirakan seberapa sering dampak terjadi di Mars. Meskipun menggunakan metode yang berbeda, kedua penelitian mencapai kesimpulan yang sama, sehingga memperkuat temuan secara keseluruhan.

Referensi: “Perkiraan tingkat dampak di Mars dari statistik gempa bumi Mars dengan frekuensi sangat tinggi” 28 Juni 2024, Astronomi alam.
DOI: 10.1038/s41550-024-02301-z