Cosa rivelano le onde sismiche sulla crosta marziana

Il Servizio sismologico marziano dell'ETH di Zurigo analizza le misurazioni effettuate dal sismometro della missione InSight sul nostro pianeta vicino. Per quasi tre anni, le uniche onde di terremoto rilevate sono state quelle che hanno attraversato le profondità di Marte dalla sorgente del sisma. Tuttavia, i ricercatori speravano in un evento che generasse anche onde che viaggiassero lungo la superficie del pianeta. Il 24 dicembre 2021 è arrivato il momento: l'impatto di un meteorite su Marte ha generato le tanto desiderate onde di superficie.

I ricercatori avevano sospettato una sorgente vicina alla superficie a causa delle caratteristiche atipiche del terremoto registrato. Hanno quindi contattato i colleghi che stavano lavorando con una sonda in orbita intorno a Marte. Infatti, le immagini riprese dal Mars Reconnaissance Orbiter il 25 dicembre 2021 hanno mostrato un grande cratere da impatto a circa 3500 chilometri di distanza da InSight.

"La posizione concorda con le nostre stime sulla fonte del terremoto", spiega Doyeon Kim, assistente in capo dell'Istituto di geofisica dell'ETH e autore principale dello studio, pubblicato sulla rivista Science. I ricercatori sono stati anche in grado di identificare l'impatto di un meteorite a una distanza di quasi 7500 chilometri da InSight come fonte di un secondo terremoto atipico.

Poiché la sorgente dei due terremoti si trovava in superficie, non sono state generate solo onde spaziali, come nei terremoti di Marte registrati in precedenza, la cui sorgente si trovava a maggiore profondità, ma anche onde che si sono propagate lungo la superficie del pianeta. "? la prima volta che si osservano onde sismiche di superficie su un pianeta diverso dalla Terra. Nemmeno sulla Luna, durante le missioni Apollo, è stato possibile", spiega Kim.

Le onde di superficie sono così importanti per i ricercatori perché forniscono informazioni sulla struttura della crosta marziana. Le onde spaziali che attraversano l'interno del pianeta durante i terremoti hanno finora fornito informazioni sul nucleo e sul mantello marziano, ma hanno rivelato poco sulla crosta.

Un risultato sorprendente

"Finora la nostra conoscenza della crosta marziana si basava su una sola misurazione puntuale sotto il lander InSight", spiega Kim. Il risultato dell'analisi delle onde di superficie ha sorpreso il geofisico: in media, la crosta marziana tra i siti di impatto e il sismometro di InSight ha una struttura molto uniforme e un'alta densità. Direttamente sotto la sonda, invece, i ricercatori avevano precedentemente rilevato tre strati di crosta e misurato una densità inferiore.

Le nuove scoperte sono così interessanti perché la crosta di un pianeta fornisce importanti informazioni sulla formazione e lo sviluppo del corpo celeste. ? il risultato dei primi processi dinamici nel mantello e dei successivi processi magmatici. Può quindi fornire informazioni sulle condizioni di miliardi di anni fa e sulla storia degli impatti, particolarmente frequenti agli albori del pianeta Marte.

Il ricercatore spiega come ha funzionato la nuova misurazione come segue: "La velocità di propagazione delle onde superficiali dipende dalla loro frequenza, che a sua volta dipende dalla profondità": se si misura come cambia la velocità nei dati sismici a seconda delle diverse frequenze, si può dedurre come cambia la velocità a diverse profondità, perché le diverse frequenze sono sensibili alle diverse profondità. Questo a sua volta permette di stimare la densità media della roccia, perché la velocità sismica dipende anche dalle proprietà elastiche del materiale attraverso cui viaggiano le onde. Ciò ha permesso ai ricercatori di determinare la struttura della crosta a una profondità compresa tra i 5 e i 30 chilometri sotto la superficie di Marte.

Spiegazione della maggiore velocità delle onde

Ma perché la velocità media delle onde superficiali ora osservata è notevolmente superiore a quella che ci si aspetterebbe in base alla precedente misurazione puntuale effettuata dalla sonda marziana InSight? ? dovuto principalmente alla roccia superficiale o ad altri meccanismi? In generale, le rocce vulcaniche tendono ad avere velocità sismiche più elevate. Inoltre, i percorsi tra gli impatti dei due meteoriti e il sito di misurazione attraversano una delle più grandi regioni vulcaniche dell'emisfero settentrionale di Marte.

Diversi meccanismi, come la formazione di lava superficiale o la chiusura degli spazi porosi per riscaldamento in relazione ai processi vulcanici, possono aumentare la velocità delle onde sismiche. "D'altra parte, la struttura crostale sotto il sito di atterraggio di InSight potrebbe essersi formata in un modo unico, ad esempio quando il materiale è stato espulso durante l'impatto di un grande asteroide Chi siamo, oltre tre miliardi di anni fa. In questo caso, la struttura crostale sotto la sonda non è probabilmente rappresentativa della struttura crostale generale di Marte", spiega Kim.

Risolvere il mistero della dicotomia di Marte

Le nuove indagini potrebbero anche aiutare a risolvere un mistero secolare. Da quando i primi telescopi hanno puntato su Marte, è noto che esiste un forte contrasto tra l'emisfero meridionale e quello settentrionale. Mentre l'emisfero meridionale è caratterizzato da un altopiano coperto da crateri meteoritici, la parte settentrionale è costituita in gran parte da pianure vulcaniche che potrebbero essere state coperte da oceani nei primi tempi del pianeta. Questa divisione in altopiani meridionali e pianure settentrionali è chiamata dicotomia marziana.

"Finora non c'è stata una spiegazione accettata per la dicotomia perché non siamo mai stati in grado di vederne la struttura profonda", dice Domenico Giardini, l'ETH Professor di sismologia e geodinamica: "Ora stiamo iniziando a scoprire questa struttura"."I primi risultati sembrano smentire una delle teorie precedentemente accettate per la dicotomia marziana: le croste a nord e a sud probabilmente non sono fatte di materiali diversi, come spesso si è ipotizzato, e la loro struttura potrebbe essere sorprendentemente simile a profondità rilevanti.

Lunga attesa per l'onda

I ricercatori dell'ETH si aspettano presto ulteriori risultati. Nel maggio 2022, InSight ha osservato il più grande terremoto di Marte fino ad oggi, di magnitudo 5, un evento in cui sono state registrate anche onde di superficie. L'evento si è verificato appena in tempo prima che la missione InSight giunga al termine, perché la sonda sta gradualmente esaurendo la sua energia. Una prima analisi dei dati conferma le conclusioni che i ricercatori hanno ottenuto dagli impatti dei due meteoriti. "? pazzesco: abbiamo aspettato così a lungo queste onde e ora, a pochi mesi dall'impatto dei meteoriti, abbiamo avuto questo grande terremoto che ha generato onde di superficie estremamente ricche. Queste ci permettono di penetrare ancora più in profondità nella crosta: fino a circa 90 chilometri di profondità".