Un misterio centenario de la dicotomía de Marte podría resolverse por fin

El Marsquake Service en ETH Zurich ha estado analizando datos del sismómetro de la misión InSight de la NASA en uno de nuestros planetas vecinos.

Durante más de tres años, las únicas ondas sísmicas observadas en Marte fueron aquellas que viajaron a través de las profundidades del planeta desde el foco o hipocentro de cada terremoto.

Pero los investigadores siempre habían esperado un evento que también causara que las ondas se movieran por la superficie del planeta.

El 24 de diciembre de 2021, la colisión de un meteorito en Marte produjo el tipo de ondas superficiales que habían estado esperando, por lo que su espera finalmente valió la pena.

Los investigadores sospecharon que la fuente de los terremotos estaba cerca de la superficie, por lo que llamaron a sus colegas que estaban operando una nave espacial en órbita alrededor de Marte.

De hecho, las fotos capturadas por el Mars Reconnaissance Orbiter a fines de diciembre de 2021 revelaron un cráter de impacto masivo a aproximadamente 3500 kilómetros de InSight.

Doyeon Kim, geofísico y científico investigador principal del Instituto de Geofísica de ETH Zurich, dice: “la ubicación coincidía bien con nuestras estimaciones sobre la fuente del terremoto”.

Kim es la autora principal de un estudio que acaba de publicarse en la revista Science.

Los investigadores también identificaron un impacto de meteorito a poco menos de 7.500 kilómetros (aproximadamente 5.000 millas) de InSight como la fuente de un segundo temblor inusual.

El hipocentro de cada terremoto estaba en la superficie, por lo tanto, además de producir ondas sísmicas de cuerpo parecidas a las de marsquakes anteriores con hipocentros más profundos, también enviaron ondas que viajaron por 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”, agrega Kim.

Las ondas sísmicas superficiales son cruciales para los científicos porque revelan información sobre la estructura de la corteza marciana.

Aunque hasta ahora han arrojado luz sobre el núcleo y el manto de Marte, las ondas de cuerpo sísmicas que viajan a través del interior del planeta durante un terremoto hasta ahora han revelado poco sobre la corteza exterior del módulo de aterrizaje.

Un hallazgo inesperado

“Hasta ahora, nuestro conocimiento de la corteza marciana se ha basado en la medición de un solo punto bajo el módulo de aterrizaje InSight”, agrega Kim.

Estaba sorprendido por la conclusión del análisis de ondas superficiales. La corteza marciana tiene una densidad generalmente alta y una estructura relativamente consistente entre los lugares de impacto y el sismómetro de InSight.

Simulación de campo de ondas en Marte. Primera observación de ondas superficiales en Marte revela detalles de la corteza del planeta

Sin embargo, los investigadores habían encontrado previamente tres capas de corteza que sugerían una menor densidad justo debajo del módulo de aterrizaje.

Los nuevos hallazgos son dignos de mención porque la corteza de un planeta ofrece pistas cruciales sobre su formación y evolución.

Dado que la propia corteza es la consecuencia de procesos magmáticos posteriores y procesos dinámicos tempranos en el manto, puede proporcionar información sobre circunstancias que existieron hace miles de millones de años, así como el momento de los impactos, que fueron extremadamente frecuentes en la historia temprana de Marte.

“La velocidad a la que se propagan las ondas superficiales depende de su frecuencia, que a su vez depende de su profundidad”, explica Kim.

Debido al hecho de que cada frecuencia es sensible a diferentes profundidades, es posible deducir cómo varía la velocidad a diferentes profundidades midiendo los cambios de velocidad en los datos sísmicos a través de múltiples frecuencias.

Esto nos da una forma de averiguar cuál es la densidad promedio de la roca, ya que la velocidad sísmica también depende de cuán elástico sea el material a través del cual viajan las ondas.

Con la ayuda de esta información, los investigadores pudieron identificar la estructura de la corteza entre 5 y 30 kilómetros debajo de la superficie de Marte.

Explicando la mayor velocidad del terremoto

Entonces, ¿por qué ahora se ve que la velocidad promedio de las ondas en la superficie es significativamente mayor que la predicha según la medición del punto anterior debajo del módulo de aterrizaje Mars InSight? ¿Es la roca superficial la causa principal de esto, o hay otros factores en juego?

Las rocas volcánicas suelen demostrar una mayor velocidad sísmica que las rocas sedimentarias. Además, una de las mayores zonas volcánicas del hemisferio norte de Marte se atraviesa en las vías entre los dos impactos de meteoritos y el sitio de medición.

Las ondas sísmicas pueden viajar más rápido debido a los flujos de lava y al cierre de los espacios porosos como resultado del calor producido por los procesos volcánicos.

“Por otro lado, la estructura de la corteza debajo del lugar de aterrizaje de InSight puede haberse formado de una manera única, quizás 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 representativa de la estructura general de la corteza marciana”, agrega Kim.

Sitio de aterrizaje InSight de la NASA

Resuelta la dicotomía de Marte

Un enigma de larga data también podría resolverse gracias a los nuevos hallazgos.

Desde que los primeros telescopios se dirigieron a Marte, los científicos han sabido que existe una diferencia significativa entre los hemisferios sur y norte del planeta.

El hemisferio norte se compone principalmente de planicies volcánicas planas que pueden haber sido océanos en el pasado, a diferencia de la característica prominente del hemisferio sur, una meseta cubierta de cráteres de meteoritos.

La dicotomía de Marte se refiere a esta división entre las tierras altas del sur y las tierras bajas del norte.

“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”, agrega Domenico Giardini, profesor de sismología y geodinámica de ETH Zurich. “Pero ahora estamos empezando a descubrir esto”.

Los primeros resultados parecen refutar una de las teorías más populares sobre la diferencia entre el norte y el sur de Marte. Las cortezas en el norte y el sur probablemente no estén hechas de diferentes materiales, como se pensaba a menudo, y su estructura puede ser sorprendentemente similar a profundidades relevantes.

Espera de onda larga

Los investigadores de ETH Zurich anticipan más hallazgos pronto. Con una magnitud de 5, InSight registró el mayor martemoto hasta la fecha en mayo de 2022.

Además, capturó ondas superficiales sísmicas producidas por este incidente poco profundo. Este fue un momento afortunado porque la misión InSight está a punto de terminar y los paneles solares del módulo de aterrizaje están cubiertos de polvo y sin energía.

Una primera mirada a los datos confirma lo que los científicos aprendieron 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. Estos nos permiten ver aún más profundamente en la corteza, a una profundidad de unos 90 kilómetros”, añade Kim.

Fuente: 10.1126/ciencia.abq7704

Crédito de la imagen: ETH Zurich, Doyeon Kim, Martin van Driel y Christian Boehm | © IPGP – CNES – N. Arrancador

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