Por Sebastián Carrasco
En Noviembre de 2018, la misión InSight amartizaba con éxito en la región conocida como Elysium Planitia, en Marte. Meses después, en Febrero de 2019, el sismómetro que llevaba a bordo ya estaba completamente desplegado y listo para monitorear el movimiento del suelo marciano, con el fin de entender cómo es la dinámica del planeta en su interior pero también cómo es su estructura interna.
¿Tiene un núcleo similar al de la Tierra? ¿Qué tan grandes son la corteza o el manto? Estas son algunas de las preguntas que InSight intenta responder y es que, a pesar de que ya habían ciertas ideas, las respuestas no eran tan claras. Hoy, a casi 3 años de aquel suceso, InSight nos entrega respuestas más concretas sobre qué ocurre y cómo es el interior de Marte.
Los resultados, publicados esta semana en tres estudios en la revista Science, están basados en los datos sismológicos recolectados durante todo este tiempo por InSight. Utilizando los registros de las ondas sísmicas asociadas a un conjunto de eventos sísmicos (también llamados Martemotos), los científicos y científicas del proyecto InSight lograron determinar con mayor precisión las dimensiones y características del núcleo, el manto y la corteza marciana. Todo esto, utilizando tan solo una estación sismológica, algo impensado muchos años atrás.
Un núcleo líquido y metálico
Desde adentro hacia afuera, uno de los estudios1, liderado por Simon Stähler, del ETH Zúrich, permitió conocer más en detalle las características del núcleo marciano. Lo anterior fue posible gracias a la identificación de un tipo de ondas sísmicas llamadas ScS, que son ondas de corte producidas por un Martemoto, las cuales rebotan en el borde externo del núcleo y llegan de vuelta a la superficie. Su identificación no es fácil, pero la utilización de diferentes técnicas permitió corroborar que efectivamente se trataba de este tipo de ondas. Así, dada la amplitud y el tiempo que demoran estas ondas en viajar por el interior del planeta, fue posible confirmar que el núcleo de Marte se encuentra en estado principalmente líquido, tiene un radio de unos 1830 +/- 40 km, la mitad del radio del planeta completo (~3390 km), y su densidad promedio es de unos 6000+/-300 kg/m3.
¿Y cómo se compara esto a lo que se sabía antes de InSight? La verdad es que ya habían ideas de que el núcleo podía ser líquido, se estimaba que su radio estaba entre 1400 y 2000 km, y que su densidad era de 6400+/-1000 kg/m3. Como vemos, los nuevos resultados han permitido tener mucha mayor claridad y certeza sobre estos valores.
Al parecer, el núcleo marciano tiene diferencias respecto al de la Tierra, ya que este último está formado por un núcleo interno sólido y un núcleo externo líquido que generan el campo magnético terrestre. En el caso de Marte, su núcleo es mayoritariamente líquido, sin embargo no es del todo descartable la existencia de un núcleo interno, ya que no ha sido posible detectar aún ondas sísmicas que hayan llegado hasta el centro del planeta.
Otro resultado interesante de esta investigación es que la densidad del núcleo de Marte es mucho menor que la del núcleo de la Tierra, lo que se explicaría en parte porque nuestro planeta es más grande que el planeta rojo. De hecho, considerando variables geodinámicas, geoquímicas y petrológicas, entre otras, el estudio señala que el núcleo marciano está compuesto mayoritariamente por hierro (Fe) y níquel (Ni), tal como el terrestre, pero también existe una cantidad importante de elementos livianos como azufre, oxígeno, hidrógeno y carbono, lo cual explica su menor densidad y da indicios de procesos de formación distintos.
Un aspecto no menos relevante es que, dado su tamaño, el núcleo de Marte genera una “zona de sombra” que cubre la mitad de la superficie marciana, lo que significa que los sismos que ocurran en esta zona no serían detectados por InSight. Precisa y desafortunadamente, la región de Tharsis, que se cree sería una de las más activas en Marte, se encuentra en esta zona, lo que podría ser una de las razones del bajo número de Martemotos detectados.
El Manto y la corteza
Tal como en la Tierra, en Marte también existe un Manto, el cual se diferencia porque tiene propiedades elásticas distintas al núcleo y a la corteza. Según un segundo artículo2, liderado por Amir Khan de ETH Zürich, el manto de Marte es más frío, se mueve más lentamente y es más delgado que el de la Tierra. Debido a esto último, es muy posible que el núcleo marciano haya perdido calor de manera más rápida y su geodínamo se enfrió, apagándose así su campo magnético global.
Además, de acuerdo a ambos estudios, el manto marciano sería aún más diferente del terrestre ya que, en nuestro caso, el manto se divide en un manto superior y uno inferior, con una zona de transición entremedio. Sin embargo, en Marte, su manto completo sería como el manto superior terrestre, más bien rígido, para luego dar paso a una sola zona de transición hacia el núcleo, sin la existencia de un “manto inferior”. Todo esto, ya que las condiciones de presión para generar un ambiente como el del manto inferior terrestre son alcanzadas recién dentro del núcleo marciano.
Junto a esto, resulta interesante destacar que antes de que InSight llegara a Marte, las estimaciones que habían de la velocidad de ondas P en el manto eran del orden de 8 km/s con un 12% de error, mientras que ahora este valor se ha ajustado a 7.8 km/s con menos de 3% de error.
¿Y cómo fue posible obtener estos resultados? Pues en vez de fijarse en ondas que rebotan desde el núcleo hacia la superficie, esta vez los investigadores se centraron en identificar las ondas que rebotaban en la misma superficie marciana y continuaban propagándose (conocidas como ondas PP, PPP o SS, SSS).
Finalmente, ya más cerca de la superficie, un tercer artículo3, liderado por Brigitte Knapmeyer-Endrun de la Universidad de Köln, investigó la propagación de ondas que se convierten de P a S, y viceversa, para conocer más en detalle las características de la corteza de Marte. Los datos permiten solo dos posibles modelos para el espesor de la corteza justo debajo de donde se ubica InSight: el primero que sugiere unos 20 km y un segundo modelo que indica que podría ser de unos 40 km. De cualquier modo, esto es mucho más acotado que el rango entre 20 y 90 km estimado antes de la misión. Además, en términos más globales y utilizando otras informaciones como topografía y gravedad, se estima que el espesor promedio de la corteza marciana varía entre 24 y 72 km, lo cual también es más limitado que los 110 km estimados previamente.
Todos estos nuevos resultados son, sin duda, un gran avance para el estudio de Marte ya que son evidencias mucho más directas y concretas de lo que ocurre en su interior, a diferencia de estudios previos que se basaban principalmente en modelamiento y observaciones mucho más indirectas. Así, esta nueva caracterización del planeta rojo se transforma en una piedra base, y a la vez de comparación, de los próximos estudios planetarios tanto terrestres como marcianos.
Ciertamente, la detección de más martemotos podrán ayudar a conocer más propiedades de las distintas estructuras y procesos internos de Marte, por lo que con la ya confirmada extensión del proyecto hasta fines de 2022 se espera doblar las observaciones y así obtener nuevos descubrimientos sobre el interior de nuestro vecino planeta rojo.
1 Stähler et al. (2021), Seismic detection of the martian core, Science, 373 (6553), 443-448, doi:10.1126/science.abi7730
2 Khan et al. (2021), Upper mantle structure of Mars from InSight seismic data, Science 373 (6553), 434-438, doi:10.1126/science.abf2966
3 Knapmeyer-Endrun et al. (2021), Thickness and structure of the Martian crust from InSight seismic data, Science, 373 (6553), 438-443, doi:10.1126/science.abf8966
