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Seasonal variations of subsurface seismic velocities monitored by the SEIS-InSight seismometer on Mars

Compaire, Nicolas und Margerin, L. und Monnereau, M. und Garcia, R. und Lange, L und Calvet, M. und Dahmen, N. und Stähler, S. und Mueller, N.T. und Grott, M. und Lognonné, P. und Spohn, T. und Banerdt, W.B. (2022) Seasonal variations of subsurface seismic velocities monitored by the SEIS-InSight seismometer on Mars. Geophysical Journal International, 229 (2), Seiten 776-799. Oxford University Press. doi: 10.1093/gji/ggab499. ISSN 0956-540X.

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13MB

Offizielle URL: https://academic.oup.com/gji/article/229/2/776/6462906

Kurzfassung

The SEIS seismometer deployed at the surface of Mars in the framework of the NASA-InSight mission has been continuously recording the ground motion at Elysium Planitia for more than one martian year. In this work, we investigate the seasonal variation of the near surface properties using both background vibrations and a particular class of high-frequency seismic events. We present measurements of relative velocity changes over one martian year and show that they can be modeled by a thermoelastic response of the Martian regolith. Several families of high-frequency seismic multiplets have been observed at various periods of the martian year. These events exhibit complex, repeatable waveforms with an emergent character and a coda that is likely composed of scattered waves. Taking advantage of these properties, we use coda wave interferometry to measure relative travel-time changes as a function of the date of occurrence of the quakes. While in some families a stretching of the coda waveform is clearly observed, in other families we observe either no variation or a clear contraction of the waveform. These various behaviors correspond to different conditions of illumination at the InSight landing site, depending on the season. Measurements of velocity changes from the analysis of background vibrations above 5 Hz are consistent with the results from coda wave interferometry. We identify a frequency band structure in the power spectral density that can be tracked over hundreds of days. This band structure is the equivalent in the frequency domain of an autocorrelogram and can be efficiently used to measure relative travel-time changes as a function of frequency. We explain how the PSD analysis allows us to circumvent the contamination of the measurements by the Lander mode excitation which is inevitable in the time domain. The observed velocity changes can be adequately modeled by the thermoelastic response of the regolith to the time-dependent incident solar flux at the seasonal scale. In particular, the model captures the time delay between the surface temperature variations and the velocity changes in the subsurface. Our observations could serve as a basis for a joint inversion of the seismic and thermal properties in the first 20 meters below InSight.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/148054/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Seasonal variations of subsurface seismic velocities monitored by the SEIS-InSight seismometer on Mars
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Compaire, NicolasInstitut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, Toulouse Cedex 04, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Margerin, L.Institut de Recherche en Astrophysique et PlanétologieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Monnereau, M.Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, CNRS, CNES , 14 Av. E. Belin, 31400, Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia, R.ISAE-SUPAERO, Toulouse University, Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lange, LLaboratoire de Météorologie Dynamique/Institut Pierre Simon Laplace (LMD/IPSL), Sorbonne Université, CNRS, École Polytechnique, École Normale Supérieure (ENS) , Campus Pierre et Marie Curie BC99, Paris, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Calvet, M.Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Université Toulouse III Paul Sabatier, CNRS, CNES, Toulouse, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dahmen, N.Institute of Geophysics, Department of Earth Sciences, ETH Zurich, Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stähler, S.Institute of Geophysics, ETH Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mueller, N.T.nils.mueller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9229-8921NICHT SPEZIFIZIERT
Grott, M.matthias.grott (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8613-7096NICHT SPEZIFIZIERT
Lognonné, P.Département de Géophysique Spatiale et Planétaire, UMR7096, Institut de Physique du Globe de Paris, Saint-Maur, FranceNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Spohn, T.Tilman.Spohn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9322-6660NICHT SPEZIFIZIERT
Banerdt, W.B.Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2022
Erschienen in:Geophysical Journal International
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:229
DOI:10.1093/gji/ggab499
Seitenbereich:Seiten 776-799
Verlag:Oxford University Press
ISSN:0956-540X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Seismology, seasonality
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
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DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt InSight - HP3, R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Institut für Planetenforschung > Leitungsbereich PF
Institut für Planetenforschung > Planetare Sensorsysteme
Hinterlegt von: Müller, Nils
Hinterlegt am:07 Jan 2022 12:26
Letzte Änderung:23 Nov 2022 13:17

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