Estamos más cerca que nunca de comprender la composición de Marte gracias a las primeras observaciones de actividad sísmica en el planeta realizadas por el módulo de aterrizaje InSight. El proyecto dirigido por la NASA, que aterrizó en la superficie del Planeta Rojo en noviembre de 2018 con el objetivo de sondear debajo de la superficie marciana, observó varios de los llamados marsquakes que revelan detalles sobre su corteza, manto y núcleo.

Usando actividad sísmica o marsquakes, los investigadores han detallado la composición del interior marciano por primera vez (Cottaar/ Science)

Los hallazgos principales de InSight, que se detallan en tres artículos publicados hoy en la revista Science, representan la primera vez que los científicos han podido producir una imagen detallada del interior de un planeta que no sea la Tierra.

Estamos tratando de comprender los procesos que gobiernan la evolución y formación planetaria, para descubrir los factores que han llevado a la evolución única de la Tierra, dice Amir Khan, ETH Zurich y la Universidad de Zurich, cuyo equipo utilizó ondas sísmicas reflejadas directas y superficiales para revelar el estructura del manto de Marte. En este sentido, la misión InSight llena un vacío en la exploración científica del sistema solar al realizar una investigación in situ de un planeta diferente al nuestro.

Los resultados de la misión en curso de la NASA con el título completo Exploración interior utilizando investigaciones sísmicas, geodesia y transporte de calor podrían revelar información clave sobre la formación y evolución del planeta rojo, además de ayudarnos a comprender las diferencias clave entre nuestro planeta y Marte.

Una gran pregunta que nos gustaría entender es por qué la Tierra es el único planeta con océanos líquidos, placas tectónicas y abundante vida. agrega Khan. Marte se encuentra actualmente en el borde de la zona habitable del sistema solar y puede haber sido más hospitalario en su historia temprana. Si bien aún no conocemos las respuestas a estas preguntas, sabemos que se encuentran en Marte, muy probablemente dentro de su interior.

El módulo de aterrizaje InSight en la superficie de Marte ((NASA/JPL-Caltech))

InSight detectó por primera vez la presencia de marsquakes desde su posición en Elysium Planitia cerca del ecuador de Red Planets en 2019 y desde entonces ha detectado más de 300 eventos, más de 2 por día, rastreando muchos de ellos hasta su origen.

Lo que es realmente impresionante es lo que los investigadores pueden hacer con estos terremotos, usándolos como una herramienta de diagnóstico para ver en profundidad el interior de los planetas.

Al estudiar las señales de los terremotos marcianos, medimos el grosor de la corteza y la estructura del manto, así como el tamaño del núcleo marciano, Simon Sthler, sismólogo investigador de ETH Zurich, le dice a ZME Science. Esto replica lo que se hizo en la Tierra entre 1900 y 1940 utilizando las señales de los terremotos.

De la corteza de Marte

Las observaciones realizadas por InSight han permitido a los investigadores evaluar la estructura de la corteza de Marte, permitiéndoles determinar su grosor y otras propiedades en números absolutos por primera vez. Los únicos valores que teníamos previamente para la corteza marciana eran valores relativos que mostraban diferencias en el grosor de un área a otra.

Como parte del panorama general de la estructura interior de Marte, hemos determinado el grosor y la estructura de la corteza marciana, dice a ZME Science Brigitte Knapmeyer-Endrun, geofísica del Instituto de Geología de la Universidad de Colonias. Las estimaciones anteriores solo podían basarse en la gravedad y la topografía de los datos orbitales que pueden describir con precisión las variaciones relativas en el grosor de la corteza, pero no en los valores absolutos. Estas estimaciones también mostraron una amplia variabilidad.

El sismómetro Mars InSight Landers consta de una cúpula protectora que contiene tres sensores extremadamente sensibles. (NASA/JPL-Caltech)

Con los datos recopilados sobre el grosor de la corteza en el área de aterrizaje de InSights, las nuevas mediciones sísmicas y los datos recopilados por misiones anteriores, el equipo pudo mapear el grosor en toda la corteza marciana y encontró un grosor promedio de entre 24 y 72 km.

Knapmeyer-Endrun explica que los datos que ella y su equipo recopilaron con InSights Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), en particular el sismómetro de banda muy ancha (VBB), son un instrumento tan sensible que puede registrar el movimiento en una escala atómica e información del Marsquake Service ( MQS) en ETH Zurich, sugieren que la corteza de los planetas rojos es más delgada de lo que los modelos han predicho hasta ahora.

Terminamos con dos posibles espesores de la corteza en el lugar de aterrizaje entre 39 y 20 km, pero ambos significan que la corteza es más delgada que algunas estimaciones anteriores y también menos densa de lo que se postulaba en base a las mediciones orbitales de la superficie.

Knapmeyer-Endrun continúa explicando que los datos de InSight también revelan que la estructura de la corteza marciana tiene varias capas con al menos dos interfaces que marcan un cambio en la composición. Además de esto, el equipo no puede descartar la presencia de una tercera capa de la corteza antes del manto.

La corteza muestra capas distintas, con una capa superficial de unos 10 km de espesor que tiene velocidades bastante bajas, lo que implica que probablemente consiste en rocas fracturadas bastante porosas, lo cual no es inesperado debido a los repetidos impactos de meteoritos, dice el geofísico y agrega que vemos algo similar. en la Luna, pero el efecto es más extremo debido a la atmósfera mucho más delgada de ese cuerpo más pequeño.

Los dos terremotos más grandes detectados por InSight de la NASA parecen haberse originado en una región de Marte llamada Cerberus Fossae. Los científicos detectaron previamente signos de actividad tectónica aquí, incluidos deslizamientos de tierra. Esta imagen fue tomada por la cámara HiRISE en el Orbitador de Reconocimiento de Marte de la NASA (NASA/JPL-Caltech/Universidad de Arizona)

Knapmeyer-Endrun está gratamente sorprendida con respecto a la cantidad de información que InSight ha podido recopilar con un solo sismómetro. de un solo sismómetro, explica. En la Tierra, ni siquiera podríamos detectar esos terremotos a una distancia comparable. Por lo general, usamos decenas o incluso centenas de sismómetros para estudios similares.

Y los datos de martemoto recopilados por InSight no solo han demostrado ser fundamentales para evaluar el grosor y la composición de la corteza de los planetas, sino que también han permitido a los científicos explorar más profundamente, hasta el mismo núcleo de Marte.

Al Manto y Núcleo Marcianos

Usando ondas sísmicas directas y reflejadas en la superficie de ocho martemotos de baja frecuencia, Khan y su equipo sondearon más profundo debajo de la superficie de Marte para investigar el manto de los planetas. Encontraron la posible presencia de una litosfera gruesa a 500 km por debajo de la superficie marciana con una capa subyacente de baja velocidad, similar a la que se encuentra dentro de la Tierra. El estudio de Khan y sus coautores revela que es probable que la capa de la corteza de Marte esté enriquecida con elementos radiactivos. Estos elementos calientan esta región con este calentamiento reduciendo el calor en las capas inferiores.

Fueron estas regiones inferiores las que Sthler y sus colegas investigaron con el uso de débiles señales sísmicas reflejadas por el límite entre el manto marciano y el núcleo del planeta. Lo que descubrió el equipo es que el núcleo de Red Planets es en realidad más grande de lo calculado previamente, con un radio de alrededor de 1840 km en lugar de las estimaciones anteriores de 1600 km. Esto significa que el núcleo comienza aproximadamente a mitad de camino entre la superficie del planeta y su centro.

A partir de la nueva información, también podemos determinar la densidad de núcleos y extrapolar su composición.

Una comparación de los interiores de la Tierra de Marte. El núcleo marciano que se muestra aquí es más pequeño de lo que sugieren estos nuevos hallazgos. Mientras que la corteza que se muestra es más gruesa.

Ahora sabemos con certeza el tamaño del núcleo y es significativamente más grande de lo que se había pensado durante mucho tiempo, dice Sthler. Como descubrimos que el núcleo es bastante grande, sabemos que no es muy denso. Esto significa que Marte debe haber acumulado una cantidad sustancial de elementos livianos y volátiles como azufre, carbono, oxígeno e hidrógeno.

Esta proporción de elementos más ligeros es mayor que la que se encuentra dentro del núcleo más denso de la Tierra, y podría darnos pistas importantes sobre las diferencias en la formación de estos mundos vecinos.

De alguna manera, estos elementos ligeros necesitaban entrar en el núcleo. Puede significar que la formación de Marte ocurrió más rápido que la de la Tierra, dice Sthler. Estas observaciones han alimentado la especulación de que Marte podría representar un embrión planetario varado que representa las características químicas de la nebulosa solar ubicada dentro de la órbita de Marte.

InSight captura una imagen de su lugar de aterrizaje, que resultó ser el punto de vista ideal para observar marsquakes (NASA)

Como acaba de hacer Knapmeyer-Endrun, Sthler expresa cierta sorpresa con respecto al éxito que ha tenido InSight en la recopilación de datos sismológicos, enfatizando el papel que la buena fortuna ha jugado en la misión hasta el momento.

Pudimos observar reflejos de ondas sísmicas del núcleo como un eco de terremotos relativamente pequeños. Y los temblores estaban justo a la distancia correcta del módulo de aterrizaje. Si hubiéramos aterrizado en otro lugar, no habría funcionado, dice el sismólogo. Y el lugar de aterrizaje solo se seleccionó porque era plano y no tenía rocas, así que fue pura suerte.

Sthler dice que él y su equipo ahora intentarán usar ondas sísmicas que han cruzado el núcleo de Marte para determinar si el núcleo del planeta posee un núcleo interno de hierro sólido como la Tierra, o si es completamente líquido. Solo una de las preguntas persistentes que Knapmeyer-Endrun dice que InSight usará Marsquakes para abordar en los próximos años.

Todavía hay múltiples preguntas abiertas que nos gustaría abordar con la sismología. Por ejemplo, ¿a qué características geológicas/tectónicas están vinculados los martemotos observados? ¿A qué profundidad ocurren las transiciones de fase olivina en el manto? ¿Y hay un núcleo interno sólido, como en la Tierra, o todo el núcleo de Marte es líquido? dice el geofísico.

Y si nos guiamos por el historial, el dinero inteligente está en que InSight responda estas preguntas y más. En solo 2 años de registrar datos en Marte, este único sismómetro ha podido decirnos cosas sobre la corteza, el manto y el núcleo de Marte sobre las que hemos estado especulando durante décadas.

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