Viaje al interior de Marte con los datos sísmicos de la misión InSight

Investigadores de varias instituciones, entre las que se encuentra el CSIC, han analizado los terremotos registrados en el planeta rojo por el módulo de la NASA y han cartografiado, por primera vez, el interior marciano. Los datos, publicados en tres estudios en Science, confirman que tiene un núcleo líquido y metálico. También dan información sobre el tamaño de este, la estructura de la corteza y el manto

Las primeras observaciones sísmicas directas del módulo de aterrizaje InSight de la NASA en suelo marciano se han presentado esta semana en la revista Science. Los resultados proporcionan información clave sobre estructura interna y la composición de Marte. El equipo internacional ha analizado los datos de una decena de ’martemotos’ registrados por el sismómetro ultrasensible de banda ancha SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), desplegado por esta misión.

“Estos tres estudios proporcionan importantes pistas sobre la estructura de Marte y también son clave para mejorar nuestra comprensión de cómo se formó este planeta hace miles de millones de años y evolucionó a través del tiempo”, escriben las sismólogas Sanne Cottaar, de la Universidad de Cambridge, y Paula Koelemeijer, de la Royal Holloway de la Universidad de Londres (ambas en Reino Unido), en un artículo de opinión relacionado en la misma revista.

El estudio y análisis de los datos sísmicos registrados por SEIS ha permitido a los científicos determinar el grosor y la estructura de la corteza de Marte. En ello se centra uno de los estudios, cuya primera autora es Brigitte Knapmeyer-Endrun, geofísica de la Universidad de Colonia (Alemania). En este trabajo ha colaborado Martin Schimmel, investigador de Geociencias Barcelona (GEO3BCN-CSIC).

Así, Knapmeyer-Endrun y sus colegas han utilizado los terremotos marcianos y el ruido sísmico ambiental para obtener imágenes de la estructura de la corteza del planeta bajo el lugar de aterrizaje del InSight.

Corteza multicapa

El equipo halló pruebas de una corteza multicapa, que podría tener dos o tres niveles. Extrapolando estos datos a todo el planeta, los investigadores mostraron que el espesor medio de la corteza de Marte se podría situar entre los 24 y 72 kilómetros.

La medición del grosor de la corteza en el lugar de aterrizaje de InSight es suficiente para cartografiar la corteza de todo el planeta. Las mediciones realizadas desde los satélites que orbitan Marte proporcionan una imagen muy clara del campo gravitatorio de este, lo que permite a los científicos comparar las diferencias relativas del grosor de la corteza con la medición realizada en el lugar de aterrizaje. “La combinación de estos datos proporciona un mapa preciso”, apuntan los investigadores.

“Lo que la sismología puede medir son principalmente contrastes de velocidad. Se trata de diferencias en la velocidad de propagación de las ondas sísmicas en distintos materiales”, afirma Knapmeyer-Endrun.

Según esta geofísica, “de forma muy similar a la óptica, observamos fenómenos como la reflexión y la refracción. En lo que respecta a la corteza, también nos beneficiamos del hecho de que esta y el manto están formados por rocas diferentes, con un fuerte salto de velocidad entre ellas. A partir de estos saltos, se puede determinar con gran precisión la estructura de la corteza”, matiza.

Portada de Science. / AAAS

Un comunicado emitido por la Universidad de Colonia pone de relieve que el estudio de la corteza de Marte es especialmente interesante porque se formó en una etapa temprana a partir de los restos de un manto fundido: “Los datos sobre su estructura actual también aportan información sobre cómo evolucionó Marte. Además de una comprensión más precisa de la evolución del planeta rojo, ayuda a descifrar cómo se desarrollaron los primeros procesos de diferenciación en el sistema solar y por qué Marte, la Tierra y otros planetas son tan diferentes en la actualidad”.

Gruesa litosfera y un núcleo líquido y metálico

Por su parte, el equipo de Amir Khan, del Instituto de Geofísica de la ETH Zúrich (Suiza) y primer autor de otro de los trabajos, utilizó las ondas sísmicas directas y reflejadas en la superficie de ocho terremotos marcianos de baja frecuencia para sondear más profundamente y revelar la estructura del manto de Marte hasta una profundidad de casi 800 km. Sus hallazgos indican que existe una gruesa litosfera a casi 500 km por debajo de la superficie y que, al igual que la Tierra, posiblemente tenga una capa de baja velocidad por debajo.

A más profundidad todavía, Simon Stähler,  geofísico en el departamento de Ciencias de la Tierra de la ETH de Zúrich, y sus colegas utilizaron las débiles señales sísmicas reflejadas en el límite entre el núcleo y el manto marciano para investigar el núcleo marciano. En esta investigación ha colaborado también el investigador del GEO3BCN-CSIC Martin Schimmel.

Los datos apuntan a que el núcleo líquido de Marte tendría un radio de alrededor de 1.830 km (entre 1.790 y 1.870 km). Este tamaño indica, según los autores, la presencia de una serie de elementos ligeros (como azufre, oxígeno o hidrógeno) en su interior, constituido principalmente por hierro y níquel.

Schimmel comenta que “los estudios que se publican hoy proporcionan las primeras mediciones directas de las capas internas de otro planeta. Estos datos son clave para determinar su estructura interior, así como su evolución geológica y geoquímica”. este investigador colabora desde hace unos años en el desarrollo de métodos de procesado de la señal sísmica junto a Eléonore StutzmannZongbo Xu y Philippe Lognonné, del Institute du Physique du Globe de París (IPGP) y coautores de los trabajos publicados.

Gracias a la sensibilidad del instrumento SEIS, los científicos han podido ‘escuchar’ los eventos sísmicos que sucedían a miles de kilómetros de distancia. Las ondas varían de velocidad y forma cuando viajan a través de los diferentes materiales que forman el interior del planeta, lo que ha permitido a los sismólogos estudiar la estructura interna del planeta.

Gracias a los datos registrados por los sensores de viento y temperatura del Instrumento TWINS incorporado en la sonda InSight, desarrollado por el Centro Español de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), los autores pudieron verificar que las ondas sísmicas analizadas o fueron generadas por las vibraciones producidas por el viento.

El equipo del Mars Quake Service de la misión fue capaz así de registrar y catalogar un total de 600 eventos sísmicos, de los cuales unos 60 corresponden a los llamados ‘martemotos’ relativamente distantes. Una decena contenían información sobre la estructura profunda del planeta.

Enigmas de la evolución de Marte

Schimmel señala que “conocer el tamaño del núcleo de Marte y su estructura proporcionan información sobre cómo se pudo generar el campo magnético que una vez protegió la atmosfera del planeta de las partículas de alta energía procedentes del sol”.

Además, subraya el investigador, el tamaño del núcleo y la estructura interior del planeta tienen una función clave en los procesos de convección del manto que se manifiestan en superficie, como la actividad volcánica y tectónica. “Entender la evolución de Marte ayuda a entender también por qué la Tierra evolucionó de una determinada manera y entender mejor nuestro sistema solar”, puntualiza.

“Las observaciones sísmicas directas en Marte representan un gran avance en la sismología planetaria», escriben Cottaar y Koelemeijer. «En los próximos años, cuando se obtengan más medidas de sismos marcianos, los científicos perfeccionarán estos modelos del planeta rojo y revelarán más enigmas de este planeta”, concluyen.

Imagen portada: Ilustración artística que representa la estructura interna de Marte. / © IPGP / D. Ducros

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