Utilizando información obtenida de alrededor de una docena de terremotos detectados en Marte por el sismómetro SEIS de banda muy ancha, desarrollado en Francia, El equipo internacional de la misión InSight de la NASA ha revelado la estructura interna de Marte. Los tres artículos publicados el 23 de julio, 2021 en la revista Ciencias , con la participación de numerosos coautores de instituciones y laboratorios franceses, incluido el CNRS, el Institut de Physique du Globe de Paris, y Université de Paris, y con el apoyo, en particular, de la agencia espacial francesa CNES y la Agencia Nacional de Investigación francesa ANR, proveer, por primera vez, una estimación del tamaño del núcleo del planeta, el grosor de su corteza y la estructura de su manto, basado en el análisis de ondas sísmicas reflejadas y modificadas por interfaces en su interior. Hace que esta sea la primera exploración sísmica de la estructura interna de un planeta terrestre que no sea la Tierra. y un paso importante hacia la comprensión de la formación y evolución térmica de Marte.

Antes de la misión InSight de la NASA, la estructura interna de Marte todavía era poco conocida. Los modelos se basaron únicamente en datos recopilados por satélites en órbita y en el análisis de meteoritos marcianos que cayeron a la Tierra. Basándose únicamente en la gravedad y los datos topográficos, el espesor de la corteza se estimó entre 30 y 100 km. Los valores del momento de inercia y la densidad del planeta sugirieron un núcleo con un radio de 1, 400 a 2, 000 km. La estructura interna detallada de Marte y la profundidad de los límites entre la corteza, manto y núcleo eran, sin embargo, completamente desconocido.

Con el despliegue exitoso del experimento SEIS en la superficie de Marte a principios de 2019, los científicos de la misión, incluidos los 18 coautores franceses involucrados y afiliados a una amplia gama de instituciones y laboratorios franceses, junto con sus compañeros de ETH en Zúrich, la Universidad de Colonia y el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, recopiló y analizó datos sísmicos durante un año marciano (casi dos años terrestres).

Cabe señalar que para determinar simultáneamente un modelo estructural, la hora (de llegada) de un terremoto, y su distancia, Por lo general, se requiere más de una estación. Sin embargo, en Marte los científicos solo tienen una estación, Conocimiento. Por lo tanto, fue necesario buscar en los registros sísmicos los rasgos característicos de las ondas que habían interactuado de diversas formas con las estructuras internas de Marte. e identificarlos y validarlos. Estas nuevas medidas, junto con el modelado mineralógico y térmico de la estructura interna del planeta, han permitido superar la limitación de tener una única estación. Este método marca el comienzo de una nueva era para la sismología planetaria.

Una sola estación múltiples hallazgos

Otra dificultad en Marte es su baja sismicidad y el ruido sísmico que genera su atmósfera. En la tierra, los terremotos son mucho más fuertes, mientras que los sismómetros se ubican de manera más efectiva en bóvedas o bajo tierra, permitiendo obtener una imagen precisa del interior del planeta. Como resultado, había que prestar especial atención a los datos. "Pero aunque los terremotos marcianos tienen una magnitud relativamente baja, menos de 3,5, la muy alta sensibilidad del sensor VBB combinada con el muy bajo nivel de ruido al anochecer nos permitió hacer descubrimientos que, hace dos años, pensamos que solo era posible con terremotos de magnitud superior a 4, "explica Philippe Lognonné, profesor de la Universidad de París e investigador principal del instrumento SEIS en IPGP.

Cotidiano, los datos, procesado por CNES, IPGP y CNRS, y transferido a los científicos, se limpió cuidadosamente del ruido ambiental (viento y deformación relacionada con cambios rápidos de temperatura). El equipo internacional Mars Quake Service (MQS) registró los eventos sísmicos a diario:ya se han catalogado más de 600, de los cuales más de 60 fueron causados ​​por terremotos relativamente distantes.

Alrededor de diez de estos últimos contienen información sobre la estructura profunda del planeta:"Las ondas sísmicas directas de un terremoto son un poco como el sonido de nuestras voces en las montañas:producen ecos. Y fueron estos ecos, reflejado en el núcleo, o en la interfaz corteza-manto o incluso en la superficie de Marte, que buscamos en las señales, gracias a su similitud con las ondas directas, "Lognonné explica.

Una corteza alterada, un manto revelado, y un gran núcleo líquido

Al comparar el comportamiento de las ondas sísmicas a medida que viajaban a través de la corteza antes de llegar a la estación InSight, Se identificaron varias discontinuidades en la corteza:la primera, observado a una profundidad de unos 10 km, marca el límite entre una estructura muy alterada, resultante de la circulación de líquido hace mucho tiempo, y corteza ligeramente alterada. Una segunda discontinuidad a unos 20 km hacia abajo, y un tercero, uno menos pronunciado a unos 35 km, arrojar luz sobre la estratificación de la corteza debajo de InSight:"Para identificar estas discontinuidades, utilizamos todos los métodos analíticos más recientes, tanto con terremotos de origen tectónico como con vibraciones provocadas por el entorno (ruido sísmico), "dice Benoit Tauzin, Profesor titular de la Universidad de Lyon e investigador de LGL-TPE.

En el manto los científicos analizaron las diferencias entre el tiempo de viaje de las ondas producidas directamente durante el terremoto, y el de las ondas generadas cuando estas ondas directas se reflejan en la superficie. Estas diferencias hicieron posible, usando solo una estación, para determinar la estructura del manto superior, y en particular la variación de las velocidades sísmicas con la profundidad. Sin embargo, tales variaciones de velocidad están relacionadas con la temperatura. "Eso significa que podemos estimar el flujo de calor de Marte, que es probablemente de tres a cinco veces más bajo que el de la Tierra, y poner restricciones en la composición de la corteza marciana, que se cree que contiene más de la mitad de los elementos radiactivos que producen calor presentes en el planeta, "añade Henri Samuel, investigador del CNRS en IPGP.

Finalmente, en el tercer estudio, los científicos buscaron ondas reflejadas en la superficie del núcleo marciano, la medición de cuyo radio fue uno de los principales logros de la misión InSight. "Para hacer esto, "explica Mélanie Drilleau, ingeniero investigador en ISAE-SUPAERO, "Probamos varios miles de modelos de manto y núcleo contra las fases y señales observadas". A pesar de las bajas amplitudes de las señales asociadas con las ondas reflejadas (conocidas como ondas ScS), se observó un exceso de energía para núcleos con un radio entre 1, 790 km y 1, 870 km. Un tamaño tan grande implica la presencia de elementos ligeros en el núcleo líquido y tiene importantes consecuencias para la mineralogía del manto en la interfaz manto / núcleo.

Objetivos alcanzados, surgen nuevas preguntas

Más de dos años de monitoreo sísmico han dado como resultado el primer modelo de la estructura interna de Marte, hasta la médula. Marte se une así a la Tierra y la Luna en el selecto club de planetas y lunas terrestres cuyas estructuras profundas han sido exploradas por sismólogos. Y, como suele ocurrir en la exploración planetaria, Surgen nuevas preguntas:¿Es la alteración de los 10 km superiores de corteza general, ¿O se limita a la zona de aterrizaje de InSight? ¿Qué impacto tendrán estos primeros modelos en las teorías de la formación y evolución térmica de Marte, en particular durante los primeros 500 millones de años cuando Marte tenía agua líquida en su superficie e intensa actividad volcánica?

Con la extensión de dos años de la misión InSight y la energía eléctrica adicional obtenida tras la exitosa limpieza de sus paneles solares realizada por JPL, los nuevos datos deberían consolidar y mejorar aún más estos modelos.