El 5 de mayo el piloto de la NASA "InSight" partió en su viaje a Marte. Esta es la primera misión dedicada a investigar la estructura interna del planeta rojo y a responder algunas preguntas clave como:¿Por qué la Tierra y Marte se han desarrollado de manera tan diferente aunque su estructura original y composición química parecen tan similares? Que tan grande, gruesos y densos son el núcleo, manto y corteza? Cual es su estructura? Los científicos esperan obtener conocimientos fundamentales sobre la formación general de planetas rocosos como Marte, Tierra, Mercurio y Venus.

Sismómetro para condiciones extremas

El módulo de aterrizaje está equipado con instrumentos geofísicos, en particular, un sismómetro especial; después del desembarco a finales de noviembre de 2018, este dispositivo registrará vibraciones sísmicas y transferirá los datos a la Tierra.

Investigadores de ETH Zurich y el Servicio Sismológico Suizo, que participaron en el desarrollo de la electrónica del sismómetro (consulte ETH News del 5 de mayo de 2018), será uno de los primeros en analizar e interpretar los datos.

Los científicos del Instituto de Geofísica ya han comenzado a preparar estos análisis. En la supercomputadora "Piz Daint" del Centro Nacional de Supercomputación de Suiza (CSCS), los investigadores calcularon la propagación de ondas sísmicas para alrededor de 30 modelos diferentes de Marte.

Para su catálogo de modelos, los investigadores consolidaron todo el conocimiento disponible sobre el planeta y lo utilizaron para calcular los datos sísmicos sintéticos que podrían recibirse de Marte. Luego, los científicos utilizaron estos datos para realizar una prueba a ciegas, en el que publicaron los datos e invitaron a expertos de todo el mundo a interpretarlos con el fin de intercambiar conocimientos y experiencias en esta área.

Código universal para simular ondas

Para investigar la influencia de la estructura 3D de la corteza de Marte con más detalle, Martin van Driel, Investigador senior en ETH Zurich, ondas sísmicas simuladas en Marte con Salvus, un código que desarrolló en ETH junto con sus colegas Michael Afanasiev, Lion Krischer y Christian Böhm. Este código es flexible y se puede usar universalmente para preguntas relacionadas con la propagación de ondas en diferentes medios a varias escalas.

Las simulaciones de Marte se ejecutan en "Piz Daint" en tiempo real el 7, 200 núcleos informáticos, lo que significa que los cálculos tardan aproximadamente el tiempo que las ondas sísmicas necesitan para viajar a través de Marte. Dependiendo de la estructura interna del planeta, las ondas viajan a diferentes velocidades y toman diferentes rutas desde la fuente hasta el sismómetro. El tiempo que tardan las ondas en viajar a través del interior de Marte ayudará a los científicos a comprender mejor la estructura del planeta y las propiedades de las rocas.

Con alrededor de 10 mil millones de grados de libertad y 300, 000 pasos de tiempo, los científicos lograron resolver un problema considerablemente grande. "Sin una supercomputadora como" Piz Daint ", simular un solo modelo en una computadora portátil habría llevado más de dos años, por lo que unas cuatro veces más que el viaje del módulo de aterrizaje a Marte, "dice Böhm.

Visualización en el lanzamiento de la misión

Los investigadores visualizaron una de las simulaciones numéricas en un video. Esto se mostró en la conferencia de prensa de la NASA para el lanzamiento del cohete de la misión a Marte. La visualización muestra cómo viajan las ondas a lo largo de la superficie de Marte, orbitando alrededor del planeta y pasando el módulo de aterrizaje tres veces. Van Driel explica que es fundamental medir las olas en cada uno de los tres pases, ya que esto permitirá a los científicos recopilar información sobre el planeta, identificar el momento y la ubicación del terremoto de Marte, y calcular su estructura aproximada, todo con una sola estación sísmica. Sin embargo, la amplitud de la tercera onda es menor en un factor de diez; por lo tanto, el sismómetro debe ser lo suficientemente sensible y sofisticado para medir esto y el terremoto debe tener una magnitud de al menos 4,5.

En la tierra, Los terremotos de esta magnitud son generados principalmente por procesos de tectónica de placas en los que las placas continentales u oceánicas chocan o se deslizan unas sobre otras. Los científicos creen actualmente que la tectónica de placas no está activa en Marte. Sin embargo, En el transcurso de los dos años, esperan que los impactos de meteoritos o las contracciones causadas por el enfriamiento de Marte produzcan eventos sísmicos que sean lo suficientemente fuertes como para ser observados por el sismómetro.

Las simulaciones previas permiten la evaluación de datos

Como nunca se han registrado ondas sísmicas en Marte con un sismómetro tan sensible, Las simulaciones numéricas son la única forma de prepararse para la evaluación de datos de la misión InSight de la NASA.

"Estamos utilizando los modelos calculados para comprobar cómo determinadas estructuras, como el grosor de la corteza, influir en las mediciones, "dice Böhm. Los modelos ayudan a los investigadores a verificar sus métodos y a comprender mejor los sismogramas en Marte. Aunque los datos sísmicos generados por los modelos parecen similares a los datos terrestres a primera vista, las sutiles diferencias son importantes. Por tanto, los científicos deben familiarizarse con estos nuevos datos y aprender a interpretarlos.

Para comprender finalmente la estructura marciana, los investigadores de ETH compararán las medidas reales con los datos simulados. Para esto, se basarán en el catálogo de modelos de Marte para ver si cambia la medición y cómo, teniendo en cuenta los modelos, qué son las estructuras y qué tienen en común todas las simulaciones.