Misión InSight: Marte develado       

Por Centre National de la Recherche Scientifique, CNRS.

Traducción y comentarios: Jesús A. Guerrero Ordáz, Asociación Larense de Astronomía, ALDA.

22 de julio de 2021.

Impresión artística de la estructura interna de Marte. Crédito: © IPGP / David Ducros.

Utilizando información obtenida de alrededor de una docena de terremotos detectados en Marte por el sismómetro SEIS de banda muy ancha, desarrollado en Francia, el equipo internacional de la misión InSight de la NASA ha revelado la estructura interna de Marte.

En artículos publicados el 22 de julio de 2021 en la revista Science, en la que participan varias instituciones y laboratorios franceses, incluidos el Centre National de la Recherche Scientifique (Centro Nacional de Investigación Científica, CNRS), el Institut de Physique du Globe de Paris y la Université de Paris, y con el apoyo en particular de la agencia espacial francesa CNES y la Agencia Nacional de Investigación francesa ANR, proporcionan, por primera vez, una estimación del tamaño del núcleo del planeta, el grosor de su corteza y la estructura de su manto, a partir del análisis de ondas sísmicas reflejadas y modificadas por interfaces en su interior. Hace que esta sea la primera exploración sísmica de la estructura interna de un planeta terrestre que no sea la Tierra, y un paso importante hacia la comprensión de la formación y evolución térmica de Marte.

Antes de la misión InSight de la NASA, la estructura interna de Marte aún no se conocía bien. Los modelos se basaron únicamente en datos recopilados por satélites en órbita y en el análisis de meteoritos marcianos que cayeron a la Tierra. Basándose únicamente en la gravedad y los datos topográficos, se estimó que el grosor de la corteza era de entre 30 y 100 km. Los valores del momento de inercia y la densidad del planeta sugirieron un núcleo con un radio entre 1.400 a 2.000 km. Sin embargo, la estructura interna detallada de Marte y la profundidad de los límites entre la corteza, el manto y el núcleo eran completamente desconocidas.

Con el despliegue exitoso del experimento SEIS en la superficie de Marte a principios de 2019, los científicos de la misión, incluidos los 18 coautores franceses involucrados y afiliados a una amplia gama de instituciones y laboratorios franceses, junto con sus colegas de ETH en Zúrich, la Universidad de Colonia y el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, recopilaron y analizaron datos sísmicos durante un año marciano, casi dos años terrestres.

Cabe señalar que para determinar simultáneamente un modelo estructural, el tiempo de llegada de un terremoto y su distancia, generalmente se requiere más de una estación. Sin embargo, en Marte, los científicos solo tienen una estación, InSight. Por tanto, era necesario buscar en los registros sísmicos los rasgos característicos de las ondas que habían interactuado de diversas formas con las estructuras internas de Marte, e identificarlos y validarlos. Estas nuevas medidas, sumadas al modelado mineralógico y térmico de la estructura interna del planeta, han permitido superar la limitación de tener una única estación. Este método marca el comienzo de una nueva era para la sismología planetaria.

Otra dificultad en Marte es su baja sismicidad y el ruido sísmico que genera su atmósfera. En la Tierra, los terremotos son mucho más fuertes, mientras que los sismómetros se ubican de manera más efectiva en bóvedas o bajo tierra, lo que permite obtener una imagen precisa del interior del planeta. Como resultado, se tuvo que prestar especial atención a los datos. "Pero aunque los terremotos marcianos tienen una magnitud relativamente baja, menos de 3,5, la muy alta sensibilidad del sensor VBB combinada con el muy bajo ruido al anochecer nos permitió hacer descubrimientos que, hace dos años, pensábamos que solo eran posibles con terremotos con una magnitud superior a 4", explica Philippe Lognonné, profesor de la Universidad de París e investigador principal del instrumento SEIS en IPGP.

Todos los días, los datos, procesados ​​por CNES, IPGP y CNRS, y transferidos a los  científicos, se limpiaron cuidadosamente del ruido ambiental (viento y deformación relacionados con cambios rápidos de temperatura). El equipo internacional Mars Quake Service (MQS) registró los eventos sísmicos a diario: ya se han catalogado más de 600 sismos, de los cuales más de 60 fueron causados ​​por terremotos relativamente distantes.

Al comparar el comportamiento de las ondas sísmicas a medida que viajaban a través de  la corteza antes de llegar a la estación InSight, se identificaron varias discontinuidades en la corteza: la primera, observada a una profundidad de aproximadamente 10 km, marca el límite entre una estructura altamente alterada, resultado de circulación de líquido hace mucho tiempo, y costra que sólo está ligeramente alterada. Una segunda discontinuidad a unos 20 km hacia abajo, y una tercera, menos pronunciada a unos 35 km, arrojaron luz sobre la estratificación de la corteza debajo de InSight: "Para identificar estas discontinuidades, utilizamos todos los métodos analíticos más recientes, ambos con terremotos de origen tectónico y con vibraciones provocadas por el entorno (ruido sísmico)”, afirma Benoit Tauzin, profesor titular de la Universidad de Lyon e investigador de LGL-TPE.

En el manto, los científicos analizaron las diferencias entre el tiempo de viaje de las ondas producidas directamente durante el terremoto, y el de las ondas generadas cuando estas ondas directas se reflejaban en la superficie. Estas diferencias permitieron, utilizando una única estación, determinar la estructura del manto superior y, en particular, la variación de las velocidades sísmicas con la profundidad. Sin embargo, tales variaciones de velocidad están relacionadas con la temperatura. "Eso significa que podemos estimar el flujo de calor de Marte, que probablemente sea de 3 a 5 veces menor que el de la Tierra, y poner restricciones en la composición de la corteza marciana, que se cree que contiene más de la mitad de los elementos radiactivos que producen calor presentes en el planeta", añade Henri Samuel, investigador del CNRS en IPGP.

Finalmente, en el tercer estudio, los científicos buscaron ondas reflejadas en la  superficie del núcleo marciano, cuya medición de radio fue uno de los principales logros de la misión InSight. "Para hacer esto", explica Mélanie Drilleau, ingeniera de investigación de ISAE-SUPAERO, "probamos varios miles de modelos de manto y núcleo contra las fases y señales observadas". A pesar de las bajas amplitudes de las señales asociadas a las ondas reflejadas (conocidas como ondas ScS), se observó un exceso de energía para núcleos con un radio entre 1.790 km y 1.870 km. Un tamaño tan grande implica la presencia de elementos ligeros en el núcleo líquido y tiene importantes consecuencias para la mineralogía del manto en la interfaz manto / núcleo.

Más de dos años de monitoreo sísmico han dado como resultado el primer modelo de la estructura interna de Marte, hasta el núcleo. Marte se une así a la Tierra y la Luna en el selecto club de planetas y lunas terrestres cuyas estructuras profundas han sido exploradas por sismólogos. Y, como sucede a menudo en la exploración planetaria, surgen nuevas preguntas: ¿la alteración de los 10 km superiores de la corteza es generalizada o se limita a la zona de aterrizaje de InSight? ¿Qué impacto tendrán estos primeros modelos en las teorías de la formación y evolución térmica de Marte, en particular durante los primeros 500 millones de años cuando Marte tenía agua líquida en su superficie e intensa actividad volcánica?

Con la extensión de dos años de la misión InSight y la energía eléctrica adicional obtenida tras la exitosa limpieza de sus paneles solares realizada por JPL, los nuevos datos deberían consolidar y mejorar aún más estos modelos.

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https://phys.org/news/2021-07-insight-mission-mars-unveiled.html