Skrytý gigant pod povrchem Marsu může ovlivňovat zrychlení rotace planety

Mars rotuje rychleji: o kolik se zkracuje jeho den

Planety obvykle působí dojmem naprosté stability – obíhají po svých drahách, otáčejí se, a vše se zdá být v lidském měřítku neměnné. U Marsu se však tento obraz pomalu rozpadá. Přesná rádiová měření ze sondy InSight prokázala, že den na Rudé planetě se zkracuje přibližně o 7,6 × 10⁻⁴ milisekundy za rok.

Tohle číslo je tak nepatrné, že pro člověka prakticky neexistuje. Za tisíc let by rozdíl nepřekročil ani tisícinu vteřiny. Pro geofyziky to však představuje jasný signál: hluboko v nitru Marsu se něco pohybuje a mění se tam rozložení hmoty planety.

Mars není geologicky zcela mrtvý – jemné zrychlování rotace naznačuje, že jeho niterné procesy jsou stále živé.

Z fyzikálního hlediska je mechanismus přímočarý. Když se hmota uvnitř rotujícího tělesa přiblíží k ose otáčení, jeho moment setrvačnosti klesá a rotace se urychluje. Je to přesně totéž, co dělá krasobruslař, který přitáhne paže k tělu a začne se točit rychleji. Na Marsu hrají roli „přitažených paží" pomalé přesuny obrovských mas hornin a magmatu hluboko v plášti.

Tharsis – vulkanický kolos, který formuje celou planetu

Abychom pochopili nová zjištění, je třeba se podívat na jednu z nejpůsobivějších oblastí celé sluneční soustavy: Tharsis. Jedná se o gigantickou vulkanickou plošinu přibližně velikosti Afriky, na níž se tyčí největší známé štítové sopky. Olympus Mons dosahuje výšky přibližně 21 km a průměr jeho základny činí několik set kilometrů.

Tato struktura natolik zatížila kůru Marsu, že v minulosti doslova posunula osu rotace planety. Pro orbitující sondy tvoří Tharsis výrazný gravitační „hrb". Satelity se nad ním zrychlují a poté se mírně zpomalují, když se vzdálí. Z těchto jemných změn lze zpětně rekonstruovat rozložení hmoty v nitru planety.

Nejnovější modelování propojilo gravitační data se záznamy marsovských „zemětřesení", která zachytil seismometr InSightu. Taková kombinace umožňuje nahlédnout hlouběji než kdykoli dříve a oddělit vliv kůry, litosféry a pláště.

Co se odehrává 1 200 kilometrů pod povrchem

Vědci z Delftské technické univerzity a Univerzity v Utrechtu sestavili celou řadu modelů nitra Marsu, přičemž měnili například tloušťku kůry, její hustotu, tuhost litosféry nebo teplotu pláště. Navzdory stovkám variant se jeden problém opakoval stále dokola: bez přidání dalšího prvku nešlo vysvětlit určitou „díru" v gravitačních datech v okolí Tharsis.

Řešením se ukázalo zavedení obrovské „bubliny" lehčí hmoty hluboko v plášti. Nejlépe odpovídající scénář popisuje strukturu:

• nacházející se v hloubce přibližně 1 200 km,
• o průměru přibližně 1 500 km,
• tloušťky přibližně 400 km,
• s hustotou nižší o přibližně 60 kg/m³ oproti okolnímu plášti.

Jde o cosi podobného obrovskému disku horkých, lehčích hornin, který zaujímá přibližně tři čtvrtiny vzdálenosti od povrchu k hranici s jádrem planety. V tomto pojetí Tharsis není pouhou „jizvou" po dávné vulkanické činnosti, nýbrž vrcholem mnohem hlubší struktury.

Obrovská masa lehčího materiálu se chová jako gigantická bublina v hustém plášti, která se v průběhu milionů let pomalu zvedá k povrchu.

Když se tato bublina posouvá a deformuje, jemně mění rozložení hmoty v nitru planety. Část materiálu se přesunuje blíže k ose rotace Marsu, což v dlouhodobé perspektivě stačí k tomu, aby se rotace planety urychlila. Efekty vypočítané výzkumníky se shodují s naměřenými hodnotami změny délky marťanského dne.

Jak InSight „uviděl" to, co není vidět na fotografiích

Klíčem k průlomu se stala seismická data z mise NASA InSight, která přistála na Marsu v roce 2018. Předtím, než sonda začala zaznamenávat otřesy půdy, museli vědci jen odhadovat, jak silná je kůra planety nebo kde přesně probíhá hranice mezi litosférou a hlubším pláštěm.

InSight přinesl konkrétní čísla. Analýza seismických vln umožnila odhadnout tyto parametry:

S takovými daty lze podstatně přesněji modelovat, jak se kůra prohýbá pod tíhou obrovských struktur jako Tharsis a jak plášť reaguje na dlouhodobé zatížení. Po spojení elastického průhybu litosféry s konvekcí v plášti se podařilo sestavit gravitační mapu Marsu, která velmi dobře odpovídá satelitním měřením – s jedinou výjimkou: zbytkovým signálem pod Tharsis, jenž vyžaduje existenci výše popsané bubliny lehčí hmoty.

Mars může stále doutnat vulkanicky

Po léta převládal obraz Marsu jako planety „vyhasnuté", kde sopky dávno nepracují a niterné procesy vychladly. Nová interpretace tento obraz zpochybňuje. Pokud by hluboká bublina pod Tharsis byla pozůstatkem aktivního plášťového prstence, Mars by mohl stále provozovat vnitřní „cirkulaci" hmoty.

Geologové upozorňují, že záznam marťanských hornin nevylučuje poměrně nedávné erupce. Některé meteority pocházející z Marsu – tzv. shergottity – ukazují na magmatické procesy, které mohly probíhat před stovkami milionů, možná dokonce před desítkami milionů let. V geologickém měřítku je to pouhé mrknutí oka.

Pokud pod Tharsis skutečně působí plášťový prstenec, dnes uspané sopky se mohou jednou znovu probudit.

Neznamená to spektakulární erupce „zítra". Jde o procesy počítané v milionech let, ale pro pochopení vývoje skalnatých planet je to informace prvořadé důležitosti. Ukazuje, že planeta velikosti Marsu může udržovat hlubokou dynamiku podstatně déle, než se dosud předpokládalo.

Proč nás zrychlující se Mars zajímá i na Zemi

Změna délky dne o zlomek milisekundy neovlivní budoucí pilotované mise ani pojezdové roboty. Pro inženýry je to prakticky zanedbatelný rozdíl. Pro vědce zabývající se vývojem skalnatých planet je to naopak výjimečná srovnávací laboratoř.

Srovnání Země, Marsu a Venuše ukazuje tři zcela odlišné vývojové cesty planet s podobnou obecnou stavbou. Země udržuje aktivní deskovou tektoniku, hustou atmosféru a kapalné oceány. Venuše má hutnou, pekelně horkou atmosféru a možná jiný typ vnitřní konvekce. Mars se zdál být „zmrazeným" pólem tohoto spektra. Nové výsledky spíše naznačují, že proces doznívání není zdaleka tak přímočarý.

Pokud plášťové prstence dokážou přežít v relativně malé, chladné planetě miliardy let, bude třeba aktualizovat modely popisující chladnutí a „smrt" niter planet. To přímo souvisí s otázkou, jak dlouho je planeta schopna udržovat podmínky příznivé pro kapalnou vodu a potenciální život.

Co by musela splnit příští mise na Mars

Autoři analýzy upozorňují, že současná data postačují k sestavení uceleného scénáře, ale ještě neumožňují s jistotou říci: „takto to určitě je." Zmiňovány jsou dva klíčové typy budoucích měření:

• přesné mapování gravitace v čase – orbiter sledující drobné změny gravitačního pole Marsu po mnoho let by mohl prokázat, zda se struktura pod Tharsis skutečně pohybuje;
• rozšířená síť seismometrů – několik přistávacích modulů zaznamenávajících otřesy půdy na různých místech planety by umožnilo sestavit mnohem přesnější trojrozměrný obraz nitra.

Takové mise nejsou vizuálně efektní – nevysílají pojezdové roboty, nevrtají za ledem. Z vědeckého hlediska však mohou rozhodnout o tom, jak popisujeme vývoj Marsu i ostatních skalnatých planet v celé sluneční soustavě.

Co znamená „plášťový prstenec" a proč tolik mění

V geologii se plášťovým prstencem rozumí dlouhotrvající, vzestupný proud horké hmoty, který vychází hluboko v blízkosti jádra planety a postupně se dostává pod její kůru. Na Zemi je příkladem oblast pod Islandem nebo Havají. Tam, kde takový proud naráží na kůru, vzniká snáze magma a rozsáhlé štítové sopky.

Pokud Mars stále disponuje aktivním plášťovým prstencem pod Tharsis, znamená to, že jeho plášť zcela nevychladl a konvektivní procesy stále přenášejí teplo z hlubin k povrchu. I když jsou dnes erupce vzácné nebo vůbec neprobíhají, tok tepla ovlivňuje vývoj kůry, magnetického pole a potenciálních zdrojů, které by v budoucnu mohli využívat lidé.

Zrychlující se rotace Marsu se tak ukazuje jako něco víc než zajímavost z rubriky „vesmír". Jde o jemný, ale hmatatelný projev toho, že pod rezavým, zdánlivě nehybným povrchem stále pracuje neviditelná, hluboká geologie. Pro vědu je to pozvání, aby tuto planetu nevnímala jako zkamenělinu, nýbrž jako těleso stále v pohybu – doslova i přeneseně.