Dold vulkanisk monster accelererar Mars rotation: dagen blir kortare – Pasta Party

Djupt under Mars yta pågår något kolossalt

Långt ner under den röda planetens yta rör sig något enormt i extremt långsam takt – och det får mätbara konsekvenser för hur lång en marsdag är.

Nya mätningar och modeller från nederländska och internationella forskare visar att den röda planeten på intet sätt är så tyst och död som man länge har trott. En gigantisk, lätt massa i manteln under det berömda vulkaniska Tharsis-platån tycks gradvis öka Mars rotationshastighet.

Marsdagen blir en aning kortare varje enda år

Ända sedan Viking-missionerna på 1970-talet har vetenskapsmän noggrant följt Mars rotationshastighet. Resultatet är förvånande: planeten snurrar stadigt allt snabbare runt sin axel. Marsdagen, som idag varar cirka 24 timmar och 37 minuter, blir varje år ungefär 7,6 × 10⁻⁴ millisekund kortare.

För en människa är skillnaden fullständigt omärklig. För geologer är det däremot en tydlig signal om att något förskjuts djupt inne i Mars inre. En sådan förändring kräver nämligen en omfördelning av massa inuti planeten.

Planeten roterar snabbare eftersom massa omfördelas närmare rotationsaxeln – precis som en konståkare som drar in armarna.

Den fysikaliska principen är enkel: när massa flyttas närmare rotationsaxeln hos ett roterande objekt minskar tröghetsmomenttet, och objektet snurrar fortare. Den stora frågan för planetforskarna var: vad är det exakt som förskjuts inne i Mars, och varför sker det nu?

Tharsis: en vulkanisk platå som avslöjar tyngdkraften

Spåret leder till Tharsis – det gigantiska vulkaniska höglandet på Mars. Denna platå är ungefär lika stor som Afrika och rymmer några av solsystemets största sköldvulkaner, däribland Olympus Mons med sina imponerande 21,2 kilometers höjd.

På grund av denna enorma massa stör Tharsis Mars gravitationsfält. Satelliter som flyger över området accelererar en aning när de närmar sig regionen och bromsar igen när de passerar den. Utifrån dessa subtila variationer har forskarna konstruerat en detaljerad tyngdkraftskarta.

På kartan framgår inte bara en tyngdkraftspuckel direkt under Tharsis, utan också en bred ”ring” av lägre tyngdkraft runt omkring. Detta mönster tyder på att orsaken inte endast ligger i jordskorpan, utan mycket längre ner i manteln.

Modellerna stötte på patrull – tills man tittade djupare ner

I åratal försökte forskarna förklara denna tyngdkraftsignal genom att variera skorpans tjocklek och styvhet. Varje gång körde modellen fast: oavsett hur de räknade fortsatte mätningar och simuleringar att avvika från varandra.

Först när de tog ett steg vidare och inkluderade strukturer i den djupa manteln föll pusselbitarna på plats. Den enda lösningen som stämmer bra med data är en enorm, relativt lätt ”skiva” av varmt material – 1 200 kilometer djupt, cirka 1 500 kilometer bred och omkring 400 kilometer tjock.

Detta uppvärmda mantelområde beräknas vara 60 kilogram per kubikmeter lättare än det omgivande materialet – stort nog för att mycket långsamt öka rotationen av en hel planet.

På grund av den lägre densiteten stiger materialet uppåt, liksom en luftbubbla i vatten. Medan denna massa långsamt kryper uppåt förändras fördelningen av materia inuti Mars – och därmed ändras rotationshastigheten.

InSight gav för första gången en tydlig bild av Mars inre

Det verkliga genombrottet kom med NASA-landaren InSight, som landade på Mars 2018. Denna mission var speciellt utformad för att ”lyssna” till planetens inre med hjälp av en känslig seismometer.

Genom att registrera marsjordskälv och nedslag kunde forskarna utläsa skorpans tjocklek, litosfärens styvhet och var det flytande kärnområdet börjar. Det eliminerade viktiga osäkerhetsfaktorer.

• Genomsnittlig skorptjocklek: runt 55 kilometer
• Skorpans densitet: cirka 3 050 kg per kubikmeter
• Litosfärens djup: cirka 500 kilometer
• Mars kärna: delvis flytande

Med dessa fasta referenspunkter kunde tyngdkraftsmodellerna göras mycket mer precisa. Det var först när forskarna kombinerade de seismiska data med tyngdkraftsmätningarna som den djupa, lätta massan under Tharsis trädde tydligt fram i beräkningarna.

Två dataströmmar, en sammanhängande berättelse

Studien visar hur kraftfullt det är att kombinera olika mätmetoder. Endast med tyngdkraftsdata finns det stort utrymme för möjliga förklaringar. Och endast med seismik förbiser man stora variationer i massa.

Genom att använda tyngdkraftsmätningar och marsjordskälv samtidigt blir en ”osynlig” struktur synlig – en som exakt passar med den uppmätta accelerationen av rotationen.

Resultatet är en modell som beskriver Mars samlade gravitationsfält bättre än tidigare försök, och som skapar en direkt koppling mellan en intern mantelstruktur och den ständigt snabbare rotationen.

Vad berättar detta om vulkanism på Mars?

En uppstigande mantelplym under Tharsis berör en central fråga i debatten om huruvida Mars fortfarande är geologiskt aktiv. I många år betraktades planeten som en utbränd, kall värld där vulkanerna tystnade för miljontals år sedan.

Ändå pekar spår i bergarter på relativt ung vulkanism. Vissa marsmeteorriter – de så kallade shergottiterna, som hittats på jorden – verkar härstamma från lavaströmmar som i geologisk mening är utgjutna ganska nyligen.

En aktiv mantelplym skulle vara en logisk drivkraft bakom sådana unga utbrott. Om plymen fortfarande banar sig väg uppåt är de stora sköldvulkanerna inte nödvändigtvis definitivt släckta. Det betyder inte att en vulkan kommer att bryta ut imorgon, men bilden av en fullständigt stelnad planet börjar vackla.

Hur kan man någonsin bekräfta en så djup process?

Forskarna understryker att nuvarande data ger en stark, men indirekt indikation. För att uppnå säkerhet föreslår de en ny mission som under långa perioder och med extrem precision övervakar Mars gravitationsfält.

Om den lätta massan i manteln förskjuts mätbart över decennier bör denna rörelse kunna spåras som subtila förändringar i gravitationsfältet. Föreställ dig att väga något på en våg som är precis till milligrammet – fast på planetär skala.

Varför en accelererande Mars faktiskt berör oss

Konsekvenserna sträcker sig långt utöver enbart Mars. Genom att förstå hur värme och material rör sig i manteln lär sig vetenskapsmän mer om stenplaneters livsförlopp generellt.

Mars befinner sig uppenbarligen i ett slags mellantillstånd: för liten för uthållig, intensiv plattektonik som på jorden, men fortfarande varm nog för att lokalt upprätthålla mantelplymer. Hur länge denna process fortsätter säger något om hur fort en planet svalnar, och hur lång tid det finns kvar för exempelvis flytande vatten och en tät atmosfär.

För framtida bemannade missioner är bilden av en ”ännu inte helt död” planet också relevant. Aktiv vulkanism innebär risker, men bjuder samtidigt på möjligheter. Varma områden kan smälta is, frigöra gaser och mineraler och därmed skapa naturliga resurser för kolonier eller forskningsbaser.

Bakgrundskunskap: vad är mantelplymer och gravitationsanomalier?

En mantelplym är en uppstigande pelare av varmare, lättare bergarter som rör sig uppåt från den djupa manteln. På jorden nämns Hawaii och Island ofta som exempel på vulkanism som drivs av just sådana plymer.

Gravitationsanomalier är små avvikelser i tyngdkraften jämfört med en idealisk, slät planet. De uppstår på grund av skillnader i densitet: tunga bergarter drar lite mer, lättare bergarter lite mindre. Genom att mäta dessa minimala variationer mycket noggrant kan man kartlägga djuptliggande strukturer utan att någonsin borra.

I Mars fall handlar allt om kombinationen av båda begreppen: en mantelplym som är precis lätt nog för att krypa uppåt, men tillräckligt stor för att omärkligt påverka både gravitationen och rotationen av en hel planet.

I en bredare mening visar denna studie hur känsliga planeter förblir för inre processer – även när ytan ser stilla och dammig ut. Bakom det till synes frusna landskapet arbetar fortfarande ett långsamt men kraftfullt system av värme, bergarter och tyngdkraft. Precis den sortens dynamik som på andra världar i slutändan kan göra skillnaden mellan en livlös sten och en beboeligt värld.