5 мая миссия InSight отправилась в путешествие к Марсу. Это первая миссия, посвященная изучению внутренней структуры Красной планеты. Она должна ответить на ключевые вопросы: «Почему Земля и Марс сходятся по первоначальной структуре и химическому составу, но развивались по-разному? Насколько крупными, густыми и плотными будут ядро, мантия и кора? Что с их структурой?».
Сейсмометр для экстремальных условий
Посадочный аппарат наделен геофизическими приборами. Среди них установлен и специальный сейсмометр. После посадки в конце ноября 2018 года устройство займется регистрированием сейсмических колебаний и передачей данных на Землю. Ученые из Института геофизики уже приступили к подготовке анализа сведений. С помощью суперкомпьютера «Piz Daint» исследователи рассчитали распространение сейсмических волн в 30 различных марсианских моделях.
Для каталога моделей ученые объединили все имеющиеся знания о планете и использовали их для расчета синтетических сейсмических данных, которые можно получить с Марса. Затем эти данные использовали для проведения слепого теста, в котором пригласили мировых экспертов для широкой интерпретации и обмена опытом.
Универсальный код моделирования волн
Чтобы более детально изучить влияние 3D-структуры марсианской коры, исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH) смоделировали сейсмические волны на Марсе с помощью кода Salvus. Этот код гибкий и может использоваться для вопросов распространения волн на разных носителях в разных масштабах.
Марсианская симуляция на «Piz Daint» работает в реальном времени на 7200 вычислительных ядрах. То есть, расчеты берутся до тех пор, пока сейсмические волны не пройдут сквозь Красную планету. В зависимости от внутренней структуры планеты волны движутся с разной скоростью и проходят сквозь различные маршруты от источника к сейсмометру. Затраченное на прохождение время поможет лучше понять структуру планеты и свойства горных пород.
Визуализация при запуске миссии
Исследователи визуализировали одну из числовых симуляций в видео. Его показали на пресс-конференции НАСА при запуске марсианской ракеты. Можно увидеть, как волны перемещаются по марсианской поверхности, вращаясь вокруг планеты и проходя через посадочный модуль трижды. Важно измерять волны при каждом проходе, так как это позволит собирать данные о планете, идентифицировать время и локацию встряски Марса, а также рассчитать примерную структуру с помощью одной сейсмической станции.
На Земле крупные землетрясения генерируются тектоническими процессами, где континентальные или океанические пластины сталкиваются и проскальзывают друг под другом. Пока есть мнение, что на Марсе тектоника плит лишена активности. Но в течение двух лет работы ожидаются метеоритные удары или сокращения, вызванные охлаждением Марса, что приведет к сейсмическим событиям.
Предварительные симуляции позволяют оценить данные
Сейсмические волны на Марсе никогда не регистрировались таким чувствительным прибором, поэтому численное моделирование – единственный способ подготовки к оцениванию данных миссии НАСА InSight.
С помощью рассчитанных моделей проверяют, как определенные структуры, вроде толщины земной коры, влияют на измерение. Это помогает проверить методы и понять сейсмограммы на Красной планете. Чтобы разобраться в марсианской структуре, ученые ETH сравнивают фактические измерения с имитируемыми данными. Именно здесь пригодится каталог марсианских моделей.