Den röda planeten är inte längre en död värld

De senaste analyserna av data från NASA:s uppdrag visar något förvånande: Mars är långt ifrån en livlös stenhög. Något rör sig djupt inne i planeten, förskjuter massa och justerar bokstavligen Mars kosmiska klocka.

Sedan Viking-sonderna på 1970-talet har forskare mätt Mars rotationshastighet med extremt hög precision. Resultaten från de senaste decenniernas mätningar avslöjar en tydlig trend — planeten roterar stadigt snabbare, och dess dag blir gradvis kortare.

En marsdag blir kortare med bråkdelar av millisekunder

Marsdagen förkortas med cirka 7,6 × 10⁻⁴ millisekunder per år. Det är en bråkdel av en tusendels millisekund, men trenden är stabil och väldokumenterad. För en människa är skillnaden fullständigt omärklig, men i geologisk skala kräver en sådan effekt betydande massförskjutningar inne i planeten.

Fysiken är obestridlig: när massa flyttas närmare rotationsaxeln minskar tröghetsmoment, och planeten börjar rotera snabbare. Det är exakt samma sak som en konståkare gör när hen drar in armarna mot kroppen för att utföra en snabbare piruett.

På Mars betyder det en sak: massa inne i planeten förskjuts på ett sätt som tidigare har underskattats. För att förstå vad som egentligen pågår kombinerade ett forskarlag från Delft University of Technology och Universitetet i Utrecht gravitationsdata från kretsande sonder med seismisk information från InSight-uppdraget. Resultatet överraskade till och med geofysikerna.

Under Tharsis svävar en gigantisk bubbla av lättare material

Nyckeln till mysteriet ligger under Tharsis — en kolossal vulkanisk högplatå som i utbredning ungefär motsvarar Afrika. Det är just här som Olympus Mons reser sig, det högsta kända berget i solsystemet, som sträcker sig mer än 21 kilometer upp.

En så enorm koncentration av massa förvränger Mars gravitationsfält. Satelliter i omloppsbana accelererar lite när de flyger över Tharsis, och bromsar igen när de avlägsnar sig. Från dessa subtila förändringar kan man avläsa strukturen av massa inne i planeten.

De modeller som forskarna utvecklade kunde länge inte stämma överens med observationerna. Oavsett hur de justerade skorpans tjocklek och styvhet fanns det alltid en kvarstående gravitationssignal som inte kunde förklaras av ytliga strukturer. Detta antydde att källan befann sig djupt nere i planetens mantel.

Den bäst passande lösningen är ett enormt område med lägre densitet än den omgivande manteln. Enligt uppskattningarna:

befinner det sig på ett djup av cirka 1 200 kilometer
har en diameter på omkring 1 500 kilometer
har en tjocklek på ca 400 kilometer
är ca 60 kilogram per kubikmeter mindre tät än det omgivande materialet
liknar en skiva av varmare, lättare massa
beter sig som en luftbubbla i vatten som försöker stiga upp
motsvarar strukturellt en mantelplym känd från jorden
närär vulkanisk aktivitet via en vertikal ström av varmare material

Den svävande massan under Tharsis förändrar fördelningen av material inne i Mars. Det är just denna omstrukturering som förklarar den observerade accelerationen av planetens rotation. Forskarna från de nederländska universiteten lyckades koppla samman dessa fynd med långsiktiga mätningar och skapa en sammanhängande modell av den röda planetens dynamiska inre.

Hur InSight-uppdraget hjälpte till att titta in i Mars kärna

Innan InSight-landaren 2018 landade på slätten Elysium Planitia liknade modellerna för Mars inre struktur mer gissningar än vetenskap. Hårda data saknades: uppskattningarna för skorptjockleken sträckte sig från 24 till 72 kilometer, vilket gav enorm frihet att anpassa gravitationsmodellerna.

InSights precisa seismometer förändrade situationen fundamentalt. Analysen av marsjordskälv möjliggjorde att uppskatta den genomsnittliga skorptjockleken, mantelns densitet och storleken på planetens kärna. Tack vare dessa mätningar kunde planetmodellen preciseras med konkreta siffror.

Känslighetsanalysen visar att den genomsnittliga tjockleken på Mars skorpa är cirka 55 kilometer, och att dess densitet är omkring 3 050 kilogram per kubikmeter. Litosfären — det fasta yttre skalet — har en elastisk tjocklek nära 100 kilometer.

Kombinationen av dessa data med tyngdfältskartor gav en helt ny kvalitet. En modell som tar hänsyn till både litosfärens böjning och strömningar i manteln reproducerar Mars globala tyngdfält långt bättre än tidigare tillvägagångssätt. Och viktigast av allt lämnar den en karakteristisk kvarstående signal i Tharsis-området som kräver närvaron av en djup, lättare struktur. Forskare från NASA och europeiska institutioner kombinerade orbital- och ytdata för att skapa den hittills mest precisa bilden av Mars inre i planetforskningens historia.

Mars kan fortfarande vara en geologiskt aktiv planet

Indikationen på att en aktiv mantelplym arbetar under Tharsis förändrar fundamentalt bilden av Mars. I åratal betraktade många forskare den röda planeten som en förstenad värld: för länge sedan utsläckta vulkaner, sporadiska skakningar och ett långsamt avsvalande inre.

Om varmt material fortfarande svävar i manteln kan historien se annorlunda ut. Vulkaner som har varit tysta i miljontals år behöver inte nödvändigtvis ha avslutat sin aktivitet för evigt. Hastigheten på en sådan strukturs uppåtgående rörelse verkar stämma överens med rytmen av vulkaniska episoder registrerade i Mars geologi.

Vissa marsmeteoritter — de så kallade shergottiterna — tyder på relativt unga utbrott som räknas i tiotals miljoner år. Just en sådan mantelplym kan vara deras gemensamma källa. Forskare från Institut de Physique du Globe de Paris och andra institutioner undersöker om dessa meteoritter bär spår av varmare material från planetens djup.

Frågan är: pågår denna process fortfarande, eller observerar vi bara dess avtagande fas? De nuvarande data ger inte möjlighet till ett entydigt svar. Studiernas författare föreslår ett nytt uppdrag — en sond uteslutande dedikerad till mycket precisa mätningar av förändringar i Mars tyngdfält över tid. Rörelsen av en så stor, mindre tät struktur borde långsamt modifiera planetens gravitation, vilket skulle ge ett direkt test av denna hypotes.

Vad dessa upptäckter betyder för framtida uppdrag och liv i rymden

Insikten att Mars fortfarande döljer aktiva processer i sitt inre har flera praktiska dimensioner. Om planeten inte är fullständigt utdöd kan den bevara värme på större djup under längre tid. Det påverkar cirkulationen av potentiellt vatten i skorpan och manteln, långsiktig lagring av geotermisk energi samt den kemiska stabiliteten hos bergarter som har betydelse för livets uppkomst och överlevnad.

Ett mer aktivt inre betyder också att Mars landskap på mycket långa tidsskalor fortfarande kan förändras. Framtida generationer av sonder och en dag också bemannade uppdrag kommer att anlända till en planet som är mindre förutsägbar än hittills antagit. Mindre jordbävningar, lokala zoner med ökad värmeflöde eller till och med fjärreaktivering av vulkanism är scenarier som uppdragsingenjörer kommer att behöva ta i beaktande.

Ur ett planetvetenskapligt perspektiv blir Mars ett utmärkt jämförelselaboratorium. Jorden, Venus och Mars representerar tre olika utvecklingsförlopp för stenplaneter. En förståelse av varför Mars har svalnat markant, men inte fullständigt, kan hjälpa till att bedöma vilka förutsättningar som understödjer långvarig geologisk aktivitet — och om det kan kopplas till chanser för liv.

Det är också värt att notera att rotationsaccelerationen, om än mikroskopisk, är en bestående signal om processer som pågår under ytan. För forskarna är det något i riktning mot planetens puls. Så länge den förändras händer det saker inne i Mars som kan övervakas över tid med tillräckligt känsliga instrument.

Vad dessa upptäckter betyder för framtida bosättning på den röda planeten

För framtida invånare på Mars — om de någon dag dyker upp — kan dessa processer utgöra både ett hot och en möjlighet. Geotermisk energi skulle kunna försörja baser i områden med ökad värmeflöde. Å andra sidan innebär tektonisk eller vulkanisk aktivitet alltid en risk.

Ny forskning visar att planeringen av kolonier på en evigt död Mars kan vara en illusion. Planeten utför konstant en subtil, men verklig rörelse i riktning mot större dynamik — bokstavligt och bildligt talat. Forskare från California Institute of Technology och Jet Propulsion Laboratory understryker att förståelsen av dessa processer kommer att vara avgörande för säkerheten av eventuella mänskliga bosättningar på Mars.