26 ноября 2018 года на Марсе приземлился исследовательский аппарат NASA «InSight» (Исследование внутренних слоёв с помощью сейсмических исследований, геодезии и теплопередачи). Это событие стало важной вехой в марсианских исследованиях, поскольку аппарат стал первым, который был отправлен на планету для изучения её недр.
Одним из ключевых инструментов InSight является прибор «Тепловой поток и физические свойства» (HP3), разработанный Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Этот прибор, получивший прозвище «Марсианский крот», был предназначен для измерений теплового потока из недр Марса на протяжении четырёх лет.
HP3 был спроектирован для того, чтобы погружаться в поверхность планеты на глубину до пяти метров и измерять температуру в её недрах. Однако «крот» столкнулся с трудностями при попытке пробурить нору, и в итоге его удалось разместить лишь на глубине около 40 см, что стало неожиданностью для учёных. Несмотря на это, прибор собрал важные данные о температурных колебаниях в марсианской почве как дневных, так и сезонных.
Согласно исследованию, проведённому учёными из DLR, данные о температурных колебаниях помогли лучше понять свойства марсианской почвы. Учёные пришли к выводу, что верхние 40 см поверхности Марса способствуют образованию солевых плёнок, которые укрепляют почву. Это открытие было опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
Информация о тепловых процессах в недрах планеты имеет важное значение для понимания её геологической эволюции, а также для тестирования гипотез о состоянии марсианского ядра. Учёные предполагают, что геологическая активность на Марсе прекратилась примерно 3 миллиарда лет назад, однако существуют доказательства того, что лава могла течь на планете и в более поздний период.
Сравнив температуру в недрах Марса с температурой на его поверхности, исследовательская команда смогла оценить такие характеристики почвы, как теплопроводность и теплоёмкость, а также впервые вычислить её плотность. Исследования показали, что плотность верхних 30 см марсианской почвы аналогична плотности базальтового песка, что отличается от предположений, сделанных на основе данных с орбитальных аппаратов.
Тем не менее под этим слоем почва становится плотнее, а её структура напоминает уплотнённый песок. Ведущий исследователь проекта HP3 Тильман Шпон сравнил марсианскую почву с флористической пеной, которая используется для создания цветочных композиций. Эта структура объясняется её пористостью, образующей отверстия под воздействием давления.
На глубине 40 см, где размещён тепловой зонд, средняя температура составляет -56°C. За время исследования были зафиксированы изменения температуры, как в дневные, так и в сезонные циклы, что стало первым таким измерением на Марсе.
Несмотря на то, что марсианская почва покрыта твёрдой коркой, которая простирается на 20 см вглубь, прибор смог измерить температуру на глубине до 40 см, что дало полезную информацию о теплопереносе в недрах планеты.
Заметно, что температура в слое почвы варьируется всего на 5–7°C в течение марсианского дня, в то время как на поверхности эти колебания могут достигать 110–130°C. В зависимости от сезона температура может колебаться на 13°C, что подтверждает, что марсианская почва является отличным изолятором, значительно снижая перепады температур на небольшой глубине.