Гравіметрія - вимірювання крихітних змін гравітаційних полів - може використовуватися для дослідження внутрішньої структури Землі та інших планет. Марсохід НАСА Curiosity має набір акселерометрів, зазвичай використовуваних для навігації та визначення місця розташування.
Команда дослідників на чолі з вченими з Університету Джона Хопкінса переналаштувала ці прилади, щоб вони могли використовуватися для гравіметрії. Вони виміряли, як місцеве гравітаційне поле змінилося, коли Curiosity пройшов через кратер Gale і почав підніматися на гору Sharp, висотою в 5 км всередині кратера, і це було основним об'єктом дослідження Curiosity.
Дослідники планет можуть багато чого дізнатися про планету, вимірюючи, що знаходиться під поверхнею в певному місці. Досліджуючи зміни в гравітації, вони можуть розрахувати щільність підстилаючої породи, розкриваючи всі види її історії.
На додаток до загального тяжіння сили тяжкості Марса, породи з більш високою щільністю в надрах надають трохи більшу силу гравітації, ніж породи з більш низькою щільністю.
Як правило, для вимірювання гравітації на Марсі та інших планетах вчені використовують орбітальні супутники, такі як «Mars Reconnaissance Orbiter». Але оскільки супутники знаходяться далеко від своїх цілей, їх просторовий дозвіл обмежений.
Доктор Кевін Льюїс з Університету Джонса Гопкінса і його колеги вирішили спробувати відкалібрувати акселерометри на ровері Curiosity, щоб виміряти поверхневу гравітацію, коли ровер піднімався на гору Шарп.
Як виявилося, ровер вже зібрав сотні вимірювань протягом своєї місії, яку команда вчених могла використовувати для вимірювання ледь помітних змін гравітаційного прискорення.
«У Curiosity, по суті, з'явився новий науковий інструмент через шість з половиною років», - сказав Кевін Льюїс. «Це дозволяє нам отримувати нову інформацію про надра Марса так, як ми ніколи раніше не робили».
По-перше, дослідники взяли до уваги обертання Марса, щоб пристосуватися до очікуваних змін прискорення. Потім вони калібрували цю необроблену інформацію, враховуючи вплив температури, нахил ровера та інші фактори.
У міру того як Curiosity підіймався на гору Шарп, все далі від центру Марса, гравітаційне тяжіння планети ставало слабкішим. Вимірювання з використанням акселерометрів ровера показали, однак, що гравітація не падає так швидко, як очікувалося від зміни висоти.
Вчені визначили, що різниця між прогнозованими і змодельованими вимірами була результатом додаткового зниження маси самої гори Шарп, що дозволило вченим оцінити щільність породи під ровером.
«Нам вдалося виміряти об'ємну щільність матеріалу в кратері Гейла», - кажуть дослідники. "Спираючись на мінеральний вміст гірських порід, визначений хімічним і мінералогічним інструментом Curiosity, ми оцінили щільність в 2810 кг/м3. Однак об'ємна щільність, отримана в результаті нашого дослідження, набагато менше - 1 680 кг/м3 ".
Вчені довго обговорювали походження гори Шарп. Кратери Марса розміром з Гейл мають центральні піки, підняті поштовхом від удару, який утворив кратер. Це пояснює частину висоти гори. Але верхні шари її, мабуть, складаються з обвітрених відкладень, які легше розмиваються, ніж скелі.
Чи могли ці відкладення одного разу заповнили всю чашу кратера Гейла? Якщо це так, вони могли б сильно обтяжувати матеріали біля підстави, ущільнюючи їх. Але нові результати показують, що нижні шари гори Шарп були ущільнені всього на 1-2 км матеріалу - набагато менше, ніж якби кратер був повністю заповнений.
«Є ще багато питань про те, як розвивалася гора Шарп, але нове дослідження додає важливу частину у вирішення головоломки», - сказав Ешвін Васавада, вчений проекту Curiosity в Лабораторії реактивного руху НАСА. «Я дуже радий, що вчені та інженери все ще знаходять інноваційні способи зробити нові наукові відкриття за допомогою ровера Curiosity».