Марсианская кора устроена необычно. Северное полушарие в основном покрыто низкими равнинами, а южное сильнее изрезано рельефом. К тому же кратеров там много больше. Различается и намагниченность коры, а данные о марсотрясениях указывают на разное затухание сейсмических волн. Причина такой дихотомии остается спорной: к ней привело либо гигантское столкновение в ранней истории Марса, либо масштабное движение горячего вещества внутри мантии.
Чтобы расставить все точки над i, авторы нового исследования проанализировали данные радиослежения за тремя космическими аппаратами — Mars Global Surveyor, Mars Odyssey и Mars Reconnaissance Orbiter, — собранные за 16 лет. Поясним: из-за приливных сил Солнца недра Марса немного деформируются, а гравитационное поле планеты меняется. Уловить эти изменения можно по движению находящихся на орбите аппаратов.
Если бы Красная планета была однородной внутри, ее гравитационное поле реагировало бы на приливное воздействие Солнца довольно предсказуемо. Наблюдения, однако, показали, что некоторые компоненты этого сигнала отличаются от расчетных значений для однородной планеты примерно на 300 процентов. Это указывает на неоднородность внутри Марса и позволяет ученым восстановить особенности его глубинного строения с помощью своеобразной «томографии».
Построив компьютерные модели мантии, исследователи проверили, какие различия внутри планеты могли бы объяснить наблюдаемый сигнал. Выяснилось, что наиболее заметная неоднородность преобладала по линии север — юг: мантия под северными равнинами оказалась модельно более жесткой, а под южными возвышенностями — более мягкой.
Правда, более мягкий материал сам по себе еще не означает, что под южными возвышенностями расположено огромное море расплавленной породы. Дело, судя по всему, в температуре: на очень медленных сезонных деформациях свойства пород мантии особенно чувствительны к нагреву. Расчеты показали, что выявленную разницу можно объяснить температурной аномалией примерно в 200-400 °C.
Исследователи предположили, что тепло дольше сохранялось под более толстой южной корой, а дополнительный вклад мог внести подъем горячего вещества из глубин мантии. Не исключено и сочетание сразу нескольких процессов, включая древнее гигантское столкновение.
Результаты научной работы, опубликованной в журнале Nature, согласуются и с другими наблюдениями Красной планеты. В частности, данные о марсотрясениях показали, что сейсмические волны в некоторых районах южных возвышенностей затухают сильнее, чем на севере. Эта разница может быть связана с более высокой температурой пород. При этом исследование не доказывает наличие постоянного слоя расплава: ученые лишь допустили, что локальные участки частично расплавленной мантии могут существовать на глубине.
Таким образом, привычная разница между севером и югом Марса может быть не только особенностью поверхности. Она, вероятно, уходит на сотни километров в глубину и сохраняется там до сих пор. Значит, изучая небольшие сезонные изменения гравитационного поля, мы получаем возможность восстановить процессы, формировавшие Красную планету миллиарды лет назад.