Los investigadores que trabajan en Marsquake Service en ETH Zurich han estado analizando las mediciones realizadas por el sismómetro de la misión InSight de la NASA en uno de nuestros planetas vecinos.
Durante casi tres años, las únicas ondas sísmicas que detectó en Marte fueron las que se propagaron desde el foco o hipocentro del terremoto respectivo a través de las profundidades del planeta. Sin embargo, los investigadores siempre esperaban un evento que también generaría ondas que viajaran a lo largo de la superficie del planeta. Su espera finalmente fue recompensada el 24 de diciembre de 2021, cuando el impacto de un meteorito en Marte produjo el tipo de ondas superficiales que habían estado anticipando durante mucho tiempo.
Las características atípicas en las lecturas del terremoto llevaron a los investigadores a sospechar que su fuente estaba cerca de la superficie, por lo que contactaron a colegas que estaban trabajando con una sonda que orbitaba Marte. Y, de hecho, las imágenes tomadas por el Mars Reconnaissance Orbiter a fines de diciembre de 2021 mostraron un gran cráter de impacto a unos 3500 kilómetros de InSight.
“La ubicación coincidió bien con nuestras estimaciones sobre la fuente del terremoto”, dice Doyeon Kim, geofísico y científico investigador principal del Instituto de Geofísica de ETH Zurich. Kim es la autora principal de un estudio que acaba de publicarse en la revista Science. Los investigadores también pudieron identificar el impacto de un meteorito a poco menos de 7500 kilómetros (alrededor de 5000 millas) de InSight como la fuente de un segundo terremoto atípico.
Debido a que el hipocentro de cada terremoto estaba en la superficie, generaron no solo ondas sísmicas de cuerpo similares a los marsquakes registrados previamente en los que los hipocentros estaban a mayor profundidad, sino también ondas que se propagaron a lo largo de la superficie del planeta. “Esta es la primera vez que se observan ondas superficiales sísmicas en un planeta que no sea la Tierra. Ni siquiera las misiones Apolo a la Luna lo lograron”, dice Kim.
Lo que hace que las ondas superficiales sísmicas sean tan importantes para los investigadores es que brindan información sobre la estructura de la corteza marciana. Las ondas de cuerpo sísmicas, que viajan a través del interior del planeta durante un terremoto, hasta ahora han proporcionado información sobre el núcleo y el manto de Marte, pero han revelado poco sobre la corteza lejos del módulo de aterrizaje.
Un resultado sorprendente
“Hasta ahora, nuestro conocimiento de la corteza marciana se ha basado en la medición de un solo punto bajo el módulo de aterrizaje InSight”, explica Kim. El resultado del análisis de ondas superficiales lo sorprendió. En promedio, la corteza marciana entre los sitios de impacto y el sismómetro de InSight tiene una estructura muy uniforme y alta densidad. Sin embargo, directamente debajo del módulo de aterrizaje, los investigadores habían detectado previamente tres capas de corteza que implicaban una densidad más baja.
Los nuevos hallazgos son notables porque la corteza de un planeta proporciona pistas importantes sobre cómo se formó y evolucionó ese planeta. Dado que la corteza en sí es el resultado de procesos dinámicos tempranos en el manto y procesos magmáticos posteriores, puede informarnos sobre las condiciones de hace miles de millones de años y la cronología de los impactos, que fueron particularmente comunes en los primeros días de Marte.
Kim explica cómo se realizó la nueva medición: “La velocidad a la que se propagan las ondas superficiales depende de su frecuencia, que a su vez depende de su profundidad”. Al medir los cambios de velocidad en los datos sísmicos a través de diferentes frecuencias, es posible inferir cómo cambia la velocidad a diferentes profundidades, porque cada frecuencia es sensible a diferentes profundidades. Esto proporciona la base para estimar la densidad promedio de la roca, porque la velocidad sísmica también depende de las propiedades elásticas del material a través del cual viajan las ondas. Estos datos permitieron a los investigadores determinar la estructura de la corteza a profundidades de entre 5 y 30 kilómetros por debajo de la superficie de Marte.
Explicación de la mayor velocidad sísmica
Entonces, ¿por qué la velocidad promedio de las ondas superficiales observadas recientemente fue considerablemente más alta de lo esperado en base a la medición puntual anterior bajo el módulo de aterrizaje Mars InSight? ¿Esto se debe principalmente a la superficie rocosa o hay otros mecanismos en juego? En general, las rocas volcánicas tienden a exhibir velocidades sísmicas más altas que las rocas sedimentarias. Además, los caminos entre los dos impactos de meteoritos y el sitio de medición pasan por una de las regiones volcánicas más grandes del hemisferio norte de Marte.
Los flujos de lava y el cierre de los espacios porosos del calor creado por los procesos volcánicos pueden aumentar la velocidad de las ondas sísmicas. “Por otro lado, la estructura de la corteza debajo del lugar de aterrizaje de InSight puede haberse formado de una manera única, tal vez cuando se expulsó material durante un gran impacto de meteorito hace más de tres mil millones de años. Eso significaría que la estructura de la corteza debajo del módulo de aterrizaje probablemente no sea representativo de la estructura general de la corteza marciana”, explica Kim.
Resolviendo el misterio de la dicotomía de Marte
La nueva investigación también podría ayudar a resolver un misterio centenario. Desde que los primeros telescopios apuntaron a Marte, se sabe que existe un marcado contraste entre los hemisferios sur y norte del planeta. Mientras que la característica dominante del hemisferio sur es una meseta cubierta por cráteres de meteoritos, el hemisferio norte se compone principalmente de tierras bajas volcánicas planas que pueden haber estado cubiertas por océanos en la historia temprana del planeta. Esta división en las tierras altas del sur y las tierras bajas del norte se llama la dicotomía de Marte.
“Tal como están las cosas, todavía no tenemos una explicación generalmente aceptada para la dicotomía porque nunca hemos podido ver la estructura profunda del planeta”, dice Domenico Giardini, profesor de sismología y geodinámica de ETH Zurich. “Pero ahora estamos empezando a descubrir esto”. Los resultados iniciales parecen refutar una de las teorías más difundidas sobre la dicotomía de Marte: las cortezas del norte y del sur probablemente no estén compuestas de diferentes materiales, como se ha supuesto a menudo, y su estructura puede ser sorprendentemente similar a profundidades relevantes.
Una larga espera para la ola
Los investigadores de ETH Zurich esperan más resultados pronto. En mayo de 2022, InSight observó el mayor martemoto hasta la fecha, con una magnitud de 5. También registró ondas sísmicas superficiales generadas por este evento poco profundo. Esto sucedió justo a tiempo, ya que la misión InSight pronto llegará a su fin ahora que los paneles solares del módulo de aterrizaje están cubiertos de polvo y se está quedando sin energía. Un análisis inicial de los datos confirma los hallazgos que los investigadores obtuvieron de los otros dos impactos de meteoritos.
“Es una locura. Habíamos estado esperando durante tanto tiempo estas ondas, y ahora, solo unos meses después de los impactos de meteoritos, observamos este gran terremoto que produjo ondas superficiales extremadamente ricas. Estas nos permiten ver aún más profundamente en la corteza, para una profundidad de unos 90 kilómetros”, dice Kim.
Con información de Science
