Skrytý gigant pod povrchem Marsu může ovlivňovat zrychlení rotace planety

Mars rotuje rychleji: o kolik se zkracuje jeho den?

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

Jde o číslo tak nepatrné, že ho člověk prakticky nevnímá. Během tisíce let to představuje méně než tisícinu sekundy. Pro geofyziky je to ovšem jasný signál – někde hluboko v nitru Marsu se něco pohybuje a mění rozložení hmoty planety.

Mars není geologicky zcela mrtvý – jemné zrychlení rotace naznačuje, že jeho niterné části zůstávají dynamické.

Z fyzikálního hlediska je mechanismus prostý. Když se hmota uvnitř rotujícího tělesa přibližuje k ose otáčení, moment setrvačnosti klesá a rotace se zrychluje. Je to přesně totéž, co dělá krasobruslař, který přitáhne paže k tělu a začne se točit rychleji. Na Marsu hraje roli „přitažení paží" pomalý přesun obrovských mas hornin a magmatu v hlubokém plášti.

Tharsis – vulkanický kolos, který poznamenal celou planetu

Aby bylo možné nové výsledky správně pochopit, je třeba se podívat na jeden z nejpůsobivějších útvarů sluneční soustavy: Tharsis. Jde o gigantickou vulkanickou plošinu přibližně srovnatelnou rozlohou s Afrikou, na níž se tyčí největší známé štítové sopky. Olympus Mons dosahuje výšky kolem 21 km a má základnu o průměru několika set kilometrů.

Tato struktura tak enormně zatížila kůru Marsu, že v minulosti doslova posunula osu rotace planety. Pro orbitující sondy představuje Tharsis masivní gravitační „hrbánek". Družice se nad ním zrychlují a po průletu mírně zpomalují. Z těchto jemných odchylek lze zpětně rekonstruovat rozložení hmoty uvnitř planety.

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

Co se děje 1 200 kilometrů pod povrchem

Vědci z Delftské technické univerzity a Univerzity v Utrechtu vytvořili celou sérii modelů nitra Marsu, ve kterých variovali mimo jiné tloušťku a hustotu kůry, tuhost litosféry nebo teplotu pláště. Přestože otestovali stovky variant, jeden problém se neustále vracel: bez přidání dalšího prvku nešlo vysvětlit určitý „deficit" v gravitačních datech v okolí Tharsis.

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

• umístěnou v hloubce přibližně 1 200 km,
• o průměru zhruba 1 500 km,
• tloušťce kolem 400 km,
• hustotě nižší přibližně o 60 kg/m³ oproti okolnímu plášti.

Jde o jakýsi gigantický disk horkých, lehčích hornin, který zaujímá přibližně tři čtvrtiny vzdálenosti od povrchu k hranici s jádrem planety. V tomto pohledu Tharsis není jen „jizvou" po dávném vulkanismu, ale vrcholem mnohem hlubší struktury.

Obrovská masa lehčího materiálu se chová jako gigantická bublina v hustém plášti, která se v měřítku milionů let pomalu vznáší vzhůru.

Když se tato bublina posouvá a deformuje, jemně mění rozložení hmoty uvnitř planety. Část materiálu se přibližuje blíže k ose rotace Marsu, což v dlouhodobé perspektivě stačí k tomu, aby se rotace planety zrychlila. Efekty vypočítané vědci odpovídají naměřeným hodnotám změny délky marťanského dne.

Jak InSight „spatřil" něco, co na žádném snímku není

Klíčem k průlomu se stala seismická data z mise NASA InSight, která přistála na Marsu v roce 2018. Před tím, než sonda začala zaznamenávat otřesy půdy, vědci museli pouze odhadovat tloušťku kůry planety nebo přesnou polohu hranice mezi litosférou a hlubším pláštěm.

InSight přinesl konkrétní čísla. Analýza seismických vln umožnila odhadnout:

S takovými daty lze mnohem přesněji modelovat, jak se kůra prohýbá pod tíhou obrovských útvarů, jako je Tharsis, a jak plášť reaguje na dlouhodobé zatížení. Po propojení elastického průhybu litosféry s konvekcí v plášti se podařilo sestavit gravitační mapu Marsu, jež velmi dobře odpovídá měřením satelitů – až na jednu výjimku: zbytkový signál pod Tharsis, který vyžaduje existenci výše popsané bubliny lehčí hmoty.

Mars může stále doutnat vulkanicky

Léta převládal obraz Marsu jako planety „vyhaslé", kde sopky dávno přestaly chrlit lávu a niterné části stačily vychladnout. Nová interpretace tento obraz zpochybňuje. Pokud by hluboká bublina pod Tharsis byla pozůstatkem aktivního plášťového chocholu, Mars může stále udržovat vnitřní „cirkulaci" hmoty.

Geologové poukazují na to, že záznam marťanských hornin nevylučuje relativně nedávné erupce. Některé meteority pocházející z Marsu – tzv. shergottity – naznačují magmatické procesy, které mohly probíhat před stovkami milionů, možná i před pouhými desítkami milionů let. V geologickém měřítku jde o mžik oka.

Pokud pod Tharsis skutečně pracuje plášťový chochol, dnes dřímající sopky se mohou někdy v budoucnu znovu probudit.

To ovšem neznamená spektakulární erupce „zítra". Hovoříme o procesech počítaných v milionech let. Pro pochopení evoluce skalnatých planet je to ale informace prvořadého významu – 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 nijak neovlivní budoucí pilotované mise ani vozítka na povrchu. Pro inženýry je to prakticky zanedbatelná odchylka. Pro vědce zabývající se evolucí skalnatých planet je to ale výjimečná srovnávací laboratoř.

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

Pokud plášťové chocholy dokáží přežít v relativně malé, chladné planetě po miliardy let, bude nutné aktualizovat modely popisující chladnutí a „smrt" planet. To přímo souvisí s otázkou, jak dlouho je planeta schopna udržet podmínky příznivé pro existenci kapalné vody a potenciálního života.

Co by musela udělat příští mise na Mars

Autoři analýzy zdůrazňují, že současná data postačují k sestavení ucelené hypotézy, ale ještě nedovolují říci s jistotou: „takto to skutečně je." Jako klíčové jsou uváděny dva 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 v různých částech planety by umožnilo sestavit mnohem přesnější trojrozměrný obraz nitra.

Takové mise nejsou vizuálně efektní – nevysílají vozítka, nevrtají za ledem. Z vědeckého hlediska však mohou být rozhodující pro to, jak budeme popisovat evoluci Marsu a ostatních skalnatých planet v celé sluneční soustavě.

Co znamená „plášťový chochol" a proč tak moc mění pohled na Mars

V geologii se plášťovým choconem označuje dlouhodobý, stoupající proud horké hmoty, který vychází hluboko z oblasti poblíž jádra planety a postupně se dostává pod kůru. Na Zemi jsou příkladem oblasti pod Islandem nebo Havají. Tam, kde takový proud narazí na spodní stranu kůry, snáze vzniká magma a rozsáhlé štítové sopky.

Pokud Mars stále disponuje aktivním plášťovým choconem pod Tharsis, znamená to, že jeho plášť zcela neztuhL a konvekční procesy nadále přenášejí teplo z hlubin směrem k povrchu. I kdyby byly dnešní erupce vzácné nebo zcela chyběly, tok tepla ovlivňuje vývoj kůry, magnetického pole a potenciálních zdrojů, které by lidé v budoucnu mohli využívat.

Zrychlující se rotace Marsu se tedy ukazuje být něčím víc než pouhou zajímavostí z rubriky „vesmír". Je to jemný, ale hmatatelný příznak toho, že pod rezavým, zdánlivě nehybným povrchem stále pracuje neviditelná, hluboká geologie. Pro vědu je to pozvání sledovat tuto planetu nikoli jako zkamenělinu, ale jako těleso stále v pohybu – doslova i přeneseně.