Mars'ın güney yarısının altında sıcak bir manto: Gelgit tomografisinden yeni harita

Mars'ın iki yarısı birbirine hiç benzemiyor. Bu fark yalnızca yüzeyde değil, gezegenin derinliklerinde de sürüyor olabilir. Caltech'te doktorasını tamamlayan Alexander Berne ve ekibi, Mars'ın güney yarımküresinin altındaki mantonun kuzeydekine göre 200 ila 400 santigrat derece daha sıcak olduğunu ve bu bölgede kayaların kısmen erimiş olabileceğini ortaya koydu. "Gelgit tomografisi" adı verilen bir yöntemle elde edilen sonuç, gezegenin manyetik geçmişinden sismik davranışına kadar uzanan bir dizi eski soruya yeni bir bağlam kazandırıyor.

Mars'ın iki yüzü

Mars yüzeyine bakan herkesin ilk fark ettiği şey, gezegenin kabaca ikiye bölünmüş olması. Kuzey yarımküre büyük ölçüde alçak, düz ve görece az kraterli ovalardan oluşuyor. Güney ise birkaç kilometre daha yüksek, eski ve yoğun biçimde kraterlenmiş dağlık arazilerle kaplı. Kabuk kalınlığı da farklı: Güneyde kabuk kuzeydekinden belirgin biçimde daha kalın. Bilim insanlarının Mars ikiliği (crustal dichotomy) adını verdiği bu asimetrinin kökeni hâlâ tartışmalı. Bir görüşe göre gezegenin erken döneminde kuzey yarımküreye çarpan dev bir cisim bu farkı yarattı; diğer görüş ise mantodaki büyük ölçekli akıntıların kabuğu tek tarafta biriktirdiğini savunuyor.

Gelgit tomografisi nasıl çalışıyor?

Bir gezegenin içini doğrudan görmek mümkün değil; bilgiler dolaylı yöntemlerle toplanıyor. Bu çalışmada araştırmacılar, Mars çevresinde dolanan üç uzay aracının, yani Mars Global Surveyor, Mars Odyssey ve Mars Reconnaissance Orbiter'ın uzun yıllara yayılan izleme verilerinden yararlandı. Bu araçların hızındaki çok küçük değişimler, Dünya'dan gönderilen radyo sinyallerindeki frekans kaymaları aracılığıyla ölçülebiliyor ve gezegenin kütleçekim alanının ayrıntılı haritasını çıkarmaya yarıyor.

Mars'ın yörüngesi belirgin biçimde basık ve ekseni eğik. Bu nedenle Güneş'in gezegen üzerindeki gelgit çekimi, yıl boyunca düzenli olarak değişiyor. Gezegen bu değişen çekime küçük şekil değişiklikleriyle yanıt veriyor; tıpkı Dünya'daki okyanus gelgitleri gibi, ama katı kayada ve çok daha küçük ölçekte. Sıcak ve yumuşak bölgeler bu esnemeye soğuk ve sert bölgelerden farklı tepki veriyor. Ekip, kütleçekim alanındaki bu mevsimsel değişimleri izleyerek mantonun hangi kesimlerinin daha esnek, dolayısıyla daha sıcak olduğunu üç boyutlu olarak haritaladı.

Berne, gezegenlerin iç yapısının genellikle küresel simetrik kabul edildiğini, ancak bu varsayımın her zaman doğru olmadığını vurguluyor. Ona göre kütleçekim verisi arttıkça bir gezegenin içindeki üç boyutlu farklılıkları ortaya çıkarmak mümkün hâle geliyor.

Yöntemin gücü, tek bir ölçümden değil, uzun bir zaman dizisinden gelmesi. Mars Global Surveyor 1997'de, Mars Odyssey 2001'de, Mars Reconnaissance Orbiter ise 2006'da gezegenin yörüngesine girdi. Bu araçların farklı yörünge yükseklikleri ve eğimleri, kütleçekim alanını farklı açılardan örnekleyerek ortaya çıkan haritanın güvenilirliğini artırıyor.

Sıcak mantonun açıklayabilecekleri

Bu termal asimetri, Mars'ın iki yarımküresi arasındaki başka farklılıklarla da bağlantılı olabilir. Mars bugün küresel bir manyetik alana sahip değil, ancak güneydeki eski kabukta güçlü manyetik izler bulunuyor. Bu izler, gezegenin geçmişte etkin bir manyetik alan ürettiğini ve bunun güney kabuğuna kaydedildiğini gösteriyor. Daha sıcak bir manto, bu dönemin dinamiklerine dair yeni bir açıklama sunabilir.

NASA'nın 2018-2022 arasında görev yapan InSight iniş aracı, Mars'ta yüzlerce sarsıntı kaydetmişti. Bu kayıtlar, güney yarımküreden geçen sismik dalgaların enerjilerini daha hızlı yitirdiğini gösteriyordu. Sıcak ve kısmen erimiş bir manto, dalgaların bu şekilde sönümlenmesini doğal biçimde açıklayabiliyor. Caltech'te doktora sonrası araştırmacı olan Amirhossein Bagheri ise kuzey-güney ikiliğinin, Mars'ın su geçmişini ve özellikle bir zamanlar su tutmuş olabilecek havzaların oluşumunu anlamak için kritik olduğunu belirtiyor.

Kaynağı hâlâ belirsiz

Güney mantosunun neden daha sıcak olduğu henüz bilinmiyor. Araştırmacılar birkaç senaryo üzerinde duruyor: Kuzeyi etkileyen dev bir çarpmanın ısıyı yeniden dağıtmış olması, güney mantosunda geçmişte kendiliğinden başlayan büyük ölçekli bir konveksiyon hareketi ya da güneydeki kalın kabuğun bir yorgan gibi ısıyı hapsederek dışarı çıkmasını engellemesi. "Tidal Tomography Reveals a Thermal Anomaly Beneath Mars's Crustal Dichotomy" başlıklı çalışmada Brown, Arizona, Teksas-Austin, Colorado Boulder ve Kaliforniya-Santa Cruz üniversiteleri, NASA Goddard, Delft Teknik Üniversitesi ve Tayvan'daki Academia Sinica gibi kurumlardan bilim insanları yer alıyor.

Bulgu, Mars'ın bugün de tamamen ölü bir gezegen olmadığına dair biriken kanıtlara ekleniyor. Mantonun bazı bölgelerinin hâlâ kısmen erimiş olması, gezegenin geçmişteki volkanik etkinliğini, su döngüsünü ve olası yaşam koşullarını anlamaya yönelik yeni görevlerin hedeflerini belirlemede önemli bir rehber olabilir.