Mars er «to­sidig» også på innsiden

Mars ser tydelig todelt ut på overflaten: I sør ligger høyt, gammelt og kraterfylt terreng, mens nord domineres av lavere og geologisk yngre sletter. En ny studie i Nature tyder på at denne kontrasten går langt dypere enn overflaten. Mantelen under det sørlige høylandet kan være 200–400 °C varmere enn mantelen under det nordlige lavlandet. Det varme materialet ser samtidig ut til å være mykere og i det minste delvis smeltet. 310

Resultatet gir et nytt perspektiv på Mars’ såkalte skorpedikotomi – den markante forskjellen mellom planetens to halvkuler. Funnene peker mot en langvarig temperaturforskjell i planetens indre, men forskerne vet fortsatt ikke hva som skapte den.

En varmere og svakere mantel i sør

Mantelbergarter som er varme, deformeres lettere enn kald og stiv bergart. Ifølge studiens tolkning ligger det derfor en mantel med lavere viskositet – og mulig delvis smelting – under det sørlige høylandet. 310

Dette er viktig fordi skillet mellom Mars’ sørlige og nordlige terreng allerede er en av planetens største geologiske strukturer. Sør er høyere, eldre og langt mer kraterfylt. Nordområdene ligger lavere og har tidligere blitt foreslått som stedet for et gammelt hav. Geologiske modeller forbinder dessuten vanligvis sør med en tykkere skorpe enn nord. 31

Den nye analysen antyder dermed at Mars’ «to ansikter» ikke bare skyldes forskjeller i høyde, alder og skorpe. Også mantelen under planeten ser ut til å være asymmetrisk.

Slik «så» forskerne inn i Mars

Forskerne bearbeidet 16 år med presise radiosporingsdata fra tre NASA-sonder: Mars Global Surveyor, Mars Odyssey og Mars Reconnaissance Orbiter. Når sonder beveger seg rundt Mars, påvirkes de av små variasjoner i planetens gravitasjonsfelt. Ved å måle disse endringene kan forskerne lage detaljerte gravitasjonskart og hente informasjon om blant annet tidevann, skorpe­tykkelse og Mars’ indre. 2

Nøkkelen var å studere den lille deformasjonen som oppstår når sola trekker i Mars. Denne tidevannseffekten varierer over tid mens Mars beveger seg i banen sin. I stedet for å behandle planeten som om den hadde én ensartet tidevannsrespons, brukte forskerne en metode kalt tidevannstomografi for å undersøke hvordan responsen varierer fra sted til sted. 812

Temperatur og fysisk tilstand påvirker mantelens stivhet, viskositet og evne til å absorbere tidevannsenergi. Ved å modellere de geografiske variasjonene i Mars’ gravitasjonsrespons fant teamet en varm og mekanisk svak mantel under sør, sammenlignet med nord. Beregningene gir en nåværende temperaturforskjell på omtrent 200–400 °C. 3

Dette er likevel en indirekte måling. Ingen sonde har målt temperaturen med et termometer. Forskerne har målt gravitasjon og tidevannsrespons, og deretter brukt fysiske modeller til å beregne hva slags indre struktur som best forklarer signalene.

Hva kan den varme mantelen fortelle om Mars’ fortid?

De sterke magnetiske sporene i sør

De kraftigste restene av et gammelt magnetfelt finnes hovedsakelig i Mars’ sørlige høyland. Signalene er bevart i bergarter som ble magnetisert da planeten fortsatt hadde et globalt magnetfelt. 3037

Et varmere indre i sør kan ha påvirket tidlig smelting, vulkanisme og dannelsen eller omdanningen av skorpe som senere bevarte disse magnetiske sporene. Det er en mulig sammenheng – ikke et bevis på at den nyoppdagede temperaturforskjellen alene skapte magnetfeltet eller all magnetismen i skorpen.

Varme, vann og hydrotermal aktivitet

Indre varme kan drive vulkanisme og hydrotermal sirkulasjon, altså bevegelse av oppvarmet vann gjennom sprekker og bergarter. Tidligere forskning har knyttet deler av magnetismen i det sørlige høylandet til dalnettverk og mulig hydrotermal utstrømning over magmatiske inntrengninger. 26

Den nye temperaturmålingen gir forskerne en ekstra egenskap ved Mars’ indre som kan testes mot modeller for planetens gamle vannhistorie. Dersom varmen holdt seg lenge i sør, kan den ha bidratt til lokal grunnvannssirkulasjon eller vannførende miljøer under bakken. Slike miljøer er relevante i diskusjonen om Mars’ tidligere beboelighet, men funnet viser ikke at et bestemt basseng inneholdt liv eller forble vått i en bestemt tidsperiode.

Mantelbevegelser og tektonikk

Temperaturforskjellen legger også nye føringer på modeller for Mars’ tidlige utvikling. Forskere har diskutert om planeten kan ha hatt lokal mantelkonveksjon, resirkulering av litosfæren eller begrenset aktivitet som lignet platetektonikk.

Lineære magnetiske strukturer har tidligere blitt brukt i debatten om tidlig platetektonikk på Mars. Tolkningen er imidlertid omstridt, og en NASA-analyse konkluderte med at bevisene ikke ga sterk støtte til platetektonikk av jordtypen. 27

Studien fastslår derfor ikke at Mars hadde moderne tektoniske plater. Den viser at modeller for planetens tidlige indre må kunne forklare en betydelig temperaturforskjell mellom nord og sør.

Hva kan ha gjort sør så varmt?

Observasjonen viser at Mars er asymmetrisk, men ikke hvorfor. Flere forklaringer er fortsatt mulige:

• Et enormt gammelt nedslag: Et svært stort asteroidenedslag tidlig i Mars’ historie kan ha omfordelt materiale i skorpen og mantelen, skapt skorpedikotomien og etterlatt en varig varmesignatur.
• Langvarig konveksjon i sør: En oppadstigende strøm eller mantelplume kan ha transportert varme mot den sørlige halvkule over lang tid.
• Varme fanget under tykke strukturer: En tykk sørlig skorpe eller litosfære kan ha virket isolerende og bremset avkjølingen av mantelen under.

Det finnes foreløpig ikke nok bevis til å velge én av disse forklaringene. Den sikreste konklusjonen er mer avgrenset: Mars’ tydelige overflateskille har en dyp termisk motpart. Mantelen under sør ser i dag ut til å være betydelig varmere og svakere enn mantelen under nord. Nye gravitasjonsmålinger, seismiske data og geologiske modeller må til for å avgjøre om forskjellen er en rest fra planetens tidligste dannelse, eller et tegn på en mer langvarig indre aktivitet.