Desentraña el misterio básico del Planeta Rojo

MarteEl núcleo de hierro líquido es más pequeño y denso de lo que se pensaba anteriormente. No sólo son más pequeños, sino que además están rodeados por una capa de roca fundida. Esto es lo que concluyeron los investigadores de ETH Zurich basándose en los datos sísmicos del módulo de aterrizaje InSight.

• Un año despues NASA La misión InSight ha finalizado y el análisis de los terremotos marcianos registrados, combinado con simulaciones por computadora, continúa arrojando nuevos resultados.
• El análisis de los terremotos marcianos observados inicialmente muestra que la densidad media del núcleo marciano debe haber sido mucho menor que la densidad del hierro líquido puro.
• Nuevas observaciones muestran que el radio del núcleo de Marte ha disminuido desde el rango inicialmente determinado de 1.800-1.850 kilómetros a 1.650-1.700 kilómetros.

Descubriendo el interior de Marte: conocimientos del módulo de aterrizaje InSight de la NASA

Durante cuatro años, el módulo de aterrizaje InSight de la NASA registró temblores en Marte utilizando su sismómetro. Los investigadores de ETH Zurich recopilaron y analizaron datos enviados a la Tierra para determinar la estructura interna del planeta. “Aunque la misión finalizó en diciembre de 2022, ahora hemos descubierto algo muy interesante”, afirma Amir Khan, científico principal del Departamento de Ciencias de la Tierra de ETH Zurich.

La capa de silicato única de Marte

El análisis de los terremotos marcianos registrados, combinado con simulaciones por computadora, ofrece una nueva imagen del interior del planeta. Atrapado entre hierro marciano líquido Aleación El núcleo del planeta y el manto de silicato sólido se encuentran en una capa de silicato líquido (magma) de unos 150 kilómetros de espesor. «La Tierra no tiene una capa de silicato completamente fundido como ésta», dice Khan.

Este resultado, publicado ahora en la revista científica naturaleza Junto con un estudio de Henri Samuel, del Institut Physique du Monde de París, que llegó a una conclusión similar utilizando métodos complementarios, también proporciona nueva información sobre el tamaño y la composición del núcleo marciano, resolviendo un misterio que los investigadores habían resuelto previamente. hasta ahora No podía explicarlo.

Composición básica de Marte

El análisis de los terremotos marcianos observados inicialmente mostró que la densidad media del núcleo marciano debió ser mucho menor que la densidad del hierro líquido puro. Por ejemplo, el núcleo de la Tierra está compuesto aproximadamente en un 90% de su peso por hierro. Los elementos ligeros como el azufre, el carbono, el oxígeno y el hidrógeno constituyen un total de aproximadamente el 10 por ciento en peso.

Las estimaciones iniciales de la densidad del núcleo marciano mostraron que estaba compuesto por una proporción mucho mayor de elementos ligeros: alrededor del 20% en peso. «Esto representa un grupo muy grande de elementos ligeros, lo cual es casi imposible. Desde entonces nos hemos estado preguntando sobre este resultado», afirma Dongyang Huang, investigador postdoctoral en el Departamento de Geociencias de la ETH Zurich.

Henry Samuel, investigador del Centro Nacional de Investigaciones Científicas y geodinámico del IPGP, explica el nuevo modelo de estructura interna de Marte propuesto en un artículo publicado en la revista Nature. El estudio, realizado por científicos de la misión InSight de la NASA, sugiere que el manto marciano es heterogéneo y está formado por una capa de silicatos fundidos que cubre el núcleo marciano. Este modelo, construido a partir de datos sísmicos registrados en Marte tras el impacto de un meteorito, que tiene en cuenta todas las observaciones geofísicas, revoluciona nuestra visión de la estructura interna y la evolución del Planeta Rojo. Crédito: © IPGP

Redefiniendo la esencia de Marte

Las nuevas observaciones muestran que el radio del núcleo marciano ha disminuido desde el rango inicialmente determinado de 1.800-1.850 km a 1.650-1.700 km, lo que representa alrededor del 50% del radio marciano. Si el núcleo marciano es más pequeño de lo que se pensaba pero tiene la misma masa, significa que tiene una mayor densidad y, por tanto, contiene menos elementos ligeros. Según nuevos cálculos, la proporción de elementos ligeros ha disminuido hasta situarse entre el 9 y el 14 por ciento en peso.

«Esto significa que la densidad media del núcleo marciano sigue siendo bastante baja, pero ya no es inexplicable en el contexto de escenarios típicos de formación de planetas», afirma Paolo Susi, profesor asociado del Departamento de Ciencias de la Tierra de la ETH Zurich y miembro de la Comisión Nacional de Geociencias. Centros de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS.

El hecho de que el núcleo marciano contenga una gran cantidad de elementos ligeros indica que se formó muy temprano, tal vez cuando el Sol todavía estaba rodeado por gas de nebulosa a partir del cual los elementos ligeros podrían haberse acumulado en el núcleo marciano.

Aprovechando los terremotos marcianos distantes

Los cálculos iniciales se basaron en los temblores que ocurrieron cerca del módulo de aterrizaje InSight. Pero en agosto y septiembre de 2021, el sismógrafo registró dos terremotos al otro lado de Marte. Uno de ellos se debió al impacto de un meteorito.

«Estos terremotos produjeron ondas sísmicas que atravesaron el núcleo de la Tierra», explica Cecilia Durán, estudiante de doctorado en el Departamento de Geociencias de la ETH Zurich. “Esto nos permitió iluminar el corazón”.

Por el contrario, en el caso de terremotos marcianos anteriores, las ondas se reflejaron en el límite entre el núcleo y el manto, sin proporcionar información sobre el interior más profundo del planeta rojo. Como resultado de estas nuevas observaciones, los investigadores han podido determinar la densidad y la velocidad de las ondas sísmicas del núcleo líquido hasta una profundidad de unos 1.000 kilómetros.

Simulación de supercomputadora mecánica cuántica

Para inferir la composición del material a partir de estos perfiles, los investigadores suelen comparar los datos con aleaciones de hierro sintético que contienen diferentes proporciones de elementos ligeros (S, C, O y H). En el laboratorio, estas aleaciones se exponen a altas temperaturas y presiones equivalentes a las que se encuentran en el interior de Marte, lo que permite a los investigadores medir directamente la densidad y velocidad de las ondas sísmicas.

Sin embargo, por el momento, la mayoría de los experimentos se realizan en las condiciones que prevalecen en el interior de la Tierra y, por lo tanto, no son aplicables inmediatamente a Marte. Como resultado, los investigadores de ETH Zurich adoptaron un enfoque diferente. Calcularon las propiedades de una amplia gama de aleaciones mediante cálculos de mecánica cuántica, que realizaron en el Centro Nacional Suizo de Supercomputación (CSCS) en Lugano, Suiza.

Cuando los investigadores compararon los perfiles calculados con sus mediciones basadas en datos sísmicos de InSight, se encontraron con un problema. Resulta que no existen aleaciones ligeras de hierro que coincidan simultáneamente con los datos en la cima y el centro de Marte. Por ejemplo, en el límite entre el núcleo y el manto, la aleación de hierro debería haber contenido mucho más carbono que el que se encuentra en el interior del núcleo.

«Nos llevó algún tiempo darnos cuenta de que la región que anteriormente habíamos considerado como el núcleo externo de hierro líquido no era el núcleo, sino la parte más profunda del manto», explica Huang. En apoyo de esto, los investigadores también encontraron que la densidad y la velocidad de las ondas sísmicas medidas y calculadas en los 150 kilómetros más lejanos del núcleo de Marte eran consistentes con las encontradas en los silicatos líquidos, el mismo material, en forma sólida, que forma Marte. ‘manto. .

Un análisis más detallado de terremotos marcianos anteriores y simulaciones por computadora adicionales confirmaron este hallazgo. Desafortunadamente, los paneles solares polvorientos y la consiguiente escasez de energía hicieron imposible que el módulo de aterrizaje InSight proporcionara datos adicionales que podrían haber arrojado más luz sobre la composición y estructura del interior de Marte. «Sin embargo, InSight fue una misión muy exitosa, ya que nos proporcionó una gran cantidad de datos e ideas nuevos que se analizarán en los años venideros», afirma Khan.

Para obtener más información sobre este estudio, consulte InSight Lander de la NASA revela el misterio de Marte fundido.

Referencias:

“Evidencia de una capa de silicato líquido sobre el núcleo de Marte” por A. Khan, D. Huang, C. Durán, P. A. Sossi, D. Giardini y M. Murakami, 25 de octubre de 2023, naturaleza.
doi: 10.1038/s41586-023-06586-4

“Evidencia geofísica de una rica capa de silicato fundido sobre el núcleo de Marte” por Henry Samuel, Melanie Drilio, Attilio Rivoldini, Zhongbo Xu, Quanqing Huang, Rafael F. García, Vedran Lekic, Jessica C. E. Irving, James Padro, Philip H. Lugnonier , James Connolly, Taichi Kawamura, Tamara Gudkova y William B. Bandera, 25 de octubre de 2023, naturaleza.
doi: 10.1038/s41586-023-06601-8

La misión Mars Insight de la NASA

laboratorio de propulsión a chorro (Laboratorio de propulsión a chorro) administró InSight para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. InSight es parte del Programa Discovery de la NASA, administrado por el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la agencia. Lockheed Martin Space construyó la nave espacial InSight, incluida la plataforma de crucero y el módulo de aterrizaje, y apoyó las operaciones de la nave espacial para la misión.

Varios socios europeos, entre ellos el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales (CNES) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), apoyan la misión InSight. El Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales presentó a la NASA el instrumento Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), cuyo investigador principal es el IPGP (Institut Physique du Générale de París). Contribuciones importantes a la SEIS provinieron del IPGP; el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania; el Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH Zurich) en Suiza; Colegio Imperial de Londres Universidad de Oxford en el Reino Unido; Y el Laboratorio de Propulsión a Chorro. El servicio Marsquake está dirigido por ETH Zurich, con importantes contribuciones de IPGP; el Universidad de Bristol; Colegio Imperial; ISAE (Instituto Superior de Aviación y Espacio); diputados. Y el Laboratorio de Propulsión a Chorro. El instrumento Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) fue proporcionado por DLR, con importantes contribuciones del Centro de Investigación Espacial (CBK) de la Academia Polaca de Ciencias y Astronica en Polonia. El Centro Español de Astrobiología (CAB) suministró los sensores de temperatura y viento.