Nuevo descubrimiento sobre el planeta Marte gracias a dos impactos de meteoritos

Tras dos grandes impactos de meteoritos en Marte, los investigadores han observado, por primera vez, ondas sísmicas que se propagan a lo largo de la superficie de un planeta que no es la Tierra. Los datos de los seísmos fueron registrados por el módulo de aterrizaje InSight de la NASA y analizados en ETH Zurich (Suiza) en colaboración con el equipo científico del InSight y proporcionan nuevos conocimientos sobre la estructura de la corteza marciana, según publican en la revista 'Science'. Los investigadores que trabajan en el Servicio de Sismos de Marte de la ETH de Zúrich 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 respectivo terremoto, a través de las profundidades del planeta.

Sin embargo, los investigadores esperaban un evento que también generara ondas que se desplazaran por la superficie del planeta y su espera se vio finalmente recompensada el 24 de diciembre de 2021, cuando el impacto de un meteorito en Marte produjo el tipo de ondas superficiales que llevaban tiempo esperando.

Las características atípicas de las lecturas del terremoto llevaron a los investigadores a sospechar que su origen estaba cerca de la superficie, por lo que se pusieron en contacto con colegas que estaban trabajando con una sonda en órbita alrededor de Marte. Y efectivamente, las imágenes tomadas por la Mars Reconnaissance Orbiter mostraban un gran cráter de impacto a unos 3.500 kilómetros de InSight. "La ubicación coincidía con nuestras estimaciones sobre el origen del terremoto"afirma Doyeon Kim, geofísico y científico investigador senior del Instituto de Geofísica de la ETH de Zúrich y autor principal del estudio. Los investigadores también pudieron señalar el impacto de un meteorito a poco menos de 7.500 kilómetros del InSight como el origen de un segundo terremoto atípico.

Dado que el hipocentro de cada terremoto estaba en la superficie, no sólo generaron ondas sísmicas corporales similares a las de los seismos registrados anteriormente en los que los hipocentros estaban a mayor profundidad, sino también ondas que se propagaron a lo largo de la superficie del planeta. "Es la primera vez que se observan ondas sísmicas superficiales en un planeta distinto de la Tierra. Ni siquiera las misiones Apolo a la Luna lo consiguieron", afirma Kim.

Lo que hace que las ondas sísmicas superficiales sean tan importantes para los investigadores es que proporcionan información sobre la estructura de la corteza marciana. Las ondas sísmicas del cuerpo, que viajan por el interior del planeta durante un terremoto, han proporcionado hasta ahora información sobre el núcleo y el manto de Marte, pero han revelado poco sobre la corteza lejos del propio módulo de aterrizaje. "Hasta ahora, nuestro conocimiento de la corteza marciana se basaba en una única medición puntual bajo el módulo de aterrizaje InSight", explica Kim. El resultado del análisis de las ondas superficiales le sorprendió. En promedio, la corteza marciana entre los lugares de impacto y el sismómetro de InSight tiene una estructura muy uniforme y una alta densidad. Sin embargo, justo debajo del módulo de aterrizaje, los investigadores habían detectado previamente tres capas de corteza que implicaban una densidad menor.

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 los primeros procesos dinámicos en el manto y de los posteriores procesos magmáticos, puede informarnos sobre las condiciones de hace miles de millones de años y sobre la cronología de los impactos, que fueron especialmente frecuentes en los primeros tiempos 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 y 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 media de la roca, ya que la velocidad sísmica también depende de las propiedades elásticas del material por el que viajan las ondas. Estos datos permitieron a los investigadores determinar la estructura de la corteza a profundidades de entre 5 y 30 kilómetros aproximadamente por debajo de la superficie de Marte. En general, las rocas volcánicas tienden a mostrar velocidades sísmicas más altas que las rocas sedimentarias. Además, las trayectorias entre los dos impactos de meteoritos y el lugar de medición pasan por una de las mayores regiones volcánicas del hemisferio norte de Marte.

Los flujos de lava y el cierre de los espacios porosos por el calor creado por los procesos volcánicos, pueden aumentar la velocidad de las ondas sísmicas. "Por otro lado, la estructura de la corteza bajo el lugar de aterrizaje de InSight puede haberse formado de una manera única, quizás cuando el material fue expulsado durante un gran impacto meteorítico hace más de tres mil millones de años. Eso significaría que la estructura de la corteza bajo el módulo de aterrizaje probablemente no es representativa de la estructura general de la corteza marciana", explica Kim.

La nueva investigación también podría ayudar a resolver un misterio centenario: desde que los primeros telescopios apuntaron a Marte, se sabe que existe un fuerte contraste entre los hemisferios sur y norte del planeta. Mientras que el hemisferio sur se caracteriza por ser una meseta cubierta de cráteres de meteoritos, el hemisferio norte se compone principalmente de tierras bajas volcánicas y planas que pueden haber estado cubiertas por océanos en la historia temprana del planeta. Esta división en tierras altas del sur y tierras bajas del norte se denomina dicotomía de Marte. "Tal y como están las cosas, todavía no tenemos una explicación generalmente aceptada para la dicotomía porque nunca hemos podido ver la estructura profunda del planeta –reconoce Domenico Giardini, profesor de sismología y geodinámica de la ETH Zurich–, pero ahora estamos empezando a descubrirlo".

Los primeros resultados parecen desmentir una de las teorías más extendidas sobre la dicotomía de Marte: las costras del norte y del sur probablemente no están compuestas de materiales diferentes, como se ha supuesto a menudo, y su estructura puede ser sorprendentemente similar a profundidades relevantes.

Los investigadores de la ETH de Zúrich esperan obtener pronto más resultados. En mayo de 2022, InSight observó el mayor sismo marciano hasta la fecha, con una magnitud de 5. También registró las ondas sísmicas superficiales generadas por este evento poco profundo. Esto ocurrió 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 primer análisis de los datos confirma los hallazgos que los investigadores obtuvieron de los otros dos impactos de meteoritos. "Es una locura. Llevábamos mucho tiempo esperando estas ondas, y ahora, apenas unos meses después de los impactos de los meteoritos, observamos este gran terremoto que produjo ondas superficiales extremadamente ricas. Éstas nos permiten ver aún más profundamente en la corteza, hasta una profundidad de unos 90 kilómetros", concluye Kim.