Rivelata una mappa dettagliata della struttura interna di Marte

Il lander InSight su Marte ha misurato circa 733 terremoti e ha utilizzato informazioni su 35 di essi per formare un’immagine della crosta, del mantello e del nucleo del Pianeta Rosso.

È la prima volta che i dati sismici vengono utilizzati per sondare l’interno di un pianeta diverso dalla Terra e un passo importante verso la comprensione dell’evoluzione dei pianeti rocciosi nel Sistema Solare.

Questi terremoti hanno rivelato lo spessore e la struttura della crosta e del mantello e un nucleo liquido sorprendentemente grande e a bassa densità.

I risultati sono stati descritti in tre articoli pubblicati su Science e rappresentano un’impresa assolutamente sbalorditiva di ingegnosità scientifica e duro lavoro.

“Questo studio è un’occasione irripetibile“, ha affermato il sismologo planetario Simon Stähler dell’ETH di Zurigo in Svizzera.

“Gli scienziati hanno impiegato centinaia di anni per misurare il nucleo della Terra; dopo le missioni Apollo, ci sono voluti 40 anni per misurare il nucleo della Luna. InSight ha impiegato solo due anni per misurare il nucleo di Marte“.

I terremoti sono cose davvero meravigliose, davvero. Si increspano dal loro punto di origine, propagandosi attraverso il pianeta, la luna o la stella, e rimbalzando. Il modo in cui queste onde sismiche si propagano e si riflettono su determinati materiali consente ai sismologi di mappare l’interno degli oggetti ospiti.

Fino a tempi relativamente recenti, Marte non era ritenuto particolarmente attivo dal punto di vista geologico. Non ha placche tettoniche, ma uno strato crostale discreto. Sebbene ci siano antiche regioni vulcaniche, non sono state osservate nuove attività vulcaniche.

Inoltre non ha un campo magnetico globale, che sulla Terra è generato da una dinamo, un fluido interno rotante, convettivo e conduttore elettrico (il nucleo) che converte l’energia cinetica in energia magnetica, facendo ruotare il campo magnetico nello spazio.

Tuttavia, recenti osservazioni hanno suggerito che il pianeta rosso non sia così morto come pensavamo. Ci sono stati accenni di attività vulcanica. E, nell’aprile del 2019, InSight ha rilevato i suoi primissimi rombi dall’interno di Marte – finalmente, una prova diretta di terremoti.

Da allora, sono stati catalogati oltre 700 terremoti, di cui circa 35 abbastanza forti per la mappatura sismica, anche lavorando con i limiti di InSight: qui sulla Terra, la mappatura sismica viene condotta utilizzando più stazioni di monitoraggio. InSight è una singola sonda.

“Le onde sismiche dirette di un terremoto sono un po’ come il suono delle nostre voci in montagna: producono echi“, ha spiegato il sismologo planetario Philippe Lognonné dell’Università di Parigi in Francia.

“E sono stati questi echi, riflessi dal nucleo, o dall’interfaccia crosta-mantello o persino dalla superficie di Marte, che abbiamo cercato nei segnali, grazie alla loro somiglianza con le onde dirette“.

Partendo dall’esterno verso l’interno, il primo paper caratterizza lo spessore della crosta marziana, in base allo spessore della crosta nel sito InSight. Hanno scoperto che, in media, la crosta ha uno spessore compreso tra 24 e 72 chilometri e consiste di almeno due strati.

Lo strato più alto è inaspettatamente poroso, hanno scoperto i ricercatori, e la crosta nel sito di atterraggio è inaspettatamente sottile. Ciò suggerisce un’elevata percentuale di elementi radioattivi nella crosta, il che significa che potremmo aver frainteso la composizione della crosta nei modelli precedenti.

“Ciò che la sismologia può misurare sono principalmente i contrasti di velocità. Queste sono le differenze nella velocità di propagazione delle onde sismiche nei diversi materiali“, ha affermato Brigitte Knapmeyer-Endrun dell’Università di Colonia in Germania.

“Come nell’ottica, possiamo osservare fenomeni come la riflessione e la rifrazione. Per quanto riguarda la crosta, beneficiamo anche del fatto che crosta e mantello sono fatti di rocce diverse, con un forte salto di velocità tra di loro“.

Il documento successivo descrive lo studio del mantello che è costituito da un singolo strato di roccia, con la litosfera solida che si estende tra 400 e 600 chilometri, a differenza della litosfera terrestre, che è spessa circa 100 chilometri; tuttavia, entrambe le litosfere probabilmente hanno una regione inferiore in cui il materiale inizia a fondersi un po’ e si muove lentamente.

Come la crosta, anche il mantello di Marte è probabilmente infarcito di elementi radioattivi.

“I dati sismici hanno confermato che Marte era presumibilmente completamente fuso prima di dividersi nella crosta, nel mantello e nel nucleo che vediamo oggi, ma che questi sono diversi da quelli della Terra“, ha affermato il geofisico Amir Khan dell’ETH di Zurigo.

“La spessa litosfera si adatta bene al modello di Marte come ‘pianeta a una piastra’“.

Infine, il terzo articolo descrive il nucleo marziano e il suo confine. In primo luogo, i ricercatori hanno scoperto che il mantello di Marte ha probabilmente un solo strato, in contrasto con i due strati del mantello terrestre.

Secondo, il nucleo è molto più grande di quanto pensassimo in precedenza, con un raggio di circa 1.830 chilometri. È enorme: oltre la metà del raggio planetario di 3.390 chilometri e 200 chilometri più grande di quanto si pensasse.

I dati sismici suggeriscono anche che il nucleo sia liquido, anche se le dimensioni maggiori indicano che ha una densità inferiore a quanto si pensasse in precedenza. Ciò significa che il nucleo ha probabilmente elementi più leggeri come zolfo, ossigeno, carbonio e idrogeno oltre a ferro e nichel, il che ha implicazioni per la mineralogia del confine nucleo-mantello.

Queste informazioni potrebbero aiutarci a capire come Marte ha perso la sua dinamo e il campo magnetico associato – informazioni che potrebbero, a loro volta, aiutarci a comprendere meglio le dinamo planetarie e i campi magnetici in generale, e quello della Terra in particolare.

“La missione InSight è stata un’opportunità unica per acquisire questi dati“, ha affermato il sismologo e geoscienziato Domenico Giardini dell’ETH di Zurigo.

“Ma siamo lontani dall’aver finito di analizzare tutti i dati: Marte ci presenta ancora molti misteri, in particolare se si sia formato nello stesso momento e dallo stesso materiale della nostra Terra“.