Svela il mistero fondamentale del Pianeta Rosso

MarteIl nucleo di ferro liquido è più piccolo e più denso di quanto si pensasse in precedenza. Non solo sono più piccoli, ma sono anche circondati da uno strato di roccia fusa. Questo è quanto hanno concluso i ricercatori dell’ETH di Zurigo sulla base dei dati sismici del lander InSight.

• Un anno dopo NASA La missione InSight si è conclusa e l’analisi dei terremoti marziani registrati, combinata con le simulazioni al computer, continua a produrre nuovi risultati.
• L’analisi dei terremoti marziani osservati inizialmente mostra che la densità media del nucleo marziano doveva essere molto inferiore alla densità del ferro liquido puro.
• Nuove osservazioni mostrano che il raggio del nucleo di Marte è diminuito dall’intervallo inizialmente determinato di 1.800-1.850 chilometri a 1.650-1.700 chilometri.

Alla scoperta dell’interno di Marte: approfondimenti dal lander InSight della NASA

Per quattro anni, il lander InSight della NASA ha registrato tremori su Marte utilizzando il suo sismometro. I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno raccolto e analizzato i dati inviati sulla Terra per determinare la struttura interna del pianeta. “Anche se la missione si è conclusa nel dicembre 2022, ora abbiamo scoperto qualcosa di molto interessante”, afferma Amir Khan, uno scienziato senior del Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo.

L’esclusivo strato di silicati di Marte

L’analisi dei terremoti marziani registrati, combinata con le simulazioni al computer, dipinge un nuovo quadro dell’interno del pianeta. Intrappolato tra il ferro marziano liquido Lega Il nucleo del pianeta e il mantello solido di silicato si trovano in uno strato di silicato liquido (magma) spesso circa 150 chilometri. “La Terra non ha uno strato di silicato completamente fuso come questo”, dice Khan.

Questo risultato, ora pubblicato sulla rivista scientifica natura Insieme a uno studio di Henri Samuel, dell’Institut Physique du Monde di Parigi, che è giunto a una conclusione simile utilizzando metodi complementari, fornisce anche nuove informazioni sulla dimensione e sulla composizione del nucleo marziano, risolvendo un mistero che i ricercatori avevano precedentemente risolto. Finora Non poteva spiegare.

Composizione di base di Marte

L’analisi dei terremoti marziani osservati inizialmente ha mostrato che la densità media del nucleo marziano doveva essere molto inferiore alla densità del ferro liquido puro. Ad esempio, il nucleo della Terra è costituito per circa il 90% del suo peso da ferro. Elementi leggeri come zolfo, carbonio, ossigeno e idrogeno costituiscono complessivamente circa il 10% in peso.

Le prime stime della densità del nucleo marziano hanno mostrato che era composto da una percentuale molto maggiore di elementi leggeri, circa il 20% in peso. “Si tratta di un gruppo molto ampio di elementi leggeri, il che è quasi impossibile. Da allora ci interroghiamo su questo risultato”, afferma Dongyang Huang, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Geoscienze dell’ETH di Zurigo.

Henry Samuel, ricercatore del Centro nazionale per la ricerca scientifica e geodinamico dell’IPGP, spiega il nuovo modello per la struttura interna di Marte, proposto in un articolo pubblicato sulla rivista Nature. Lo studio, condotto dagli scienziati della missione InSight della NASA, suggerisce che il mantello marziano è eterogeneo e consiste in uno strato di silicati fusi che ricopre il nucleo marziano. Questo modello, costruito utilizzando i dati sismici registrati su Marte dopo l’impatto di un meteorite, che tiene conto di tutte le osservazioni geofisiche, rivoluziona la nostra visione della struttura interna e dell’evoluzione del Pianeta Rosso. Credito: ©IPGP

Ridefinire l’essenza di Marte

Le nuove osservazioni mostrano che il raggio del nucleo marziano è diminuito dall’intervallo inizialmente determinato di 1800-1850 km a 1650-1700 km, che rappresenta circa il 50% del raggio marziano. Se il nucleo marziano è più piccolo di quanto si pensasse ma ha la stessa massa, significa che ha una densità maggiore e quindi contiene meno elementi leggeri. Secondo nuovi calcoli, la percentuale di elementi leggeri è scesa tra il 9 e il 14% in peso.

“Ciò significa che la densità media del nucleo marziano è ancora piuttosto bassa, ma non è più inspiegabile nel contesto dei tipici scenari di formazione planetaria”, afferma Paolo Susi, professore associato presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo e membro della Commissione Nazionale di Geoscienze. Centri di Competenza nella Ricerca (NCCR) PlanetS.

Il fatto che il nucleo marziano contenga una grande quantità di elementi leggeri indica che si è formato molto presto, forse quando il Sole era ancora circondato dal gas della nebulosa da cui gli elementi leggeri avrebbero potuto accumularsi nel nucleo marziano.

Approfittando dei lontani terremoti marziani

I calcoli iniziali erano basati su tremori avvenuti vicino al lander InSight. Ma nell’agosto e nel settembre 2021, il sismografo ha registrato due terremoti dall’altra parte di Marte. Uno di questi era dovuto all’impatto di un meteorite.

“Questi terremoti hanno prodotto onde sismiche che hanno attraversato il nucleo della Terra”, spiega Cecilia Duran, dottoranda presso il Dipartimento di Geoscienze dell’ETH di Zurigo. “Questo ci ha permesso di illuminare il cuore”.

Al contrario, nel caso dei precedenti terremoti marziani, le onde si riflettevano al confine tra nucleo e mantello, non fornendo informazioni sull’interno più profondo del pianeta rosso. Come risultato di queste nuove osservazioni, i ricercatori sono stati ora in grado di determinare la densità e la velocità delle onde sismiche del nucleo liquido fino a una profondità di circa 1.000 chilometri.

Simulazione di supercomputer quantistici

Per dedurre la composizione del materiale da questi profili, i ricercatori in genere confrontano i dati con leghe di ferro sintetiche contenenti diverse proporzioni di elementi leggeri (S, C, O e H). In laboratorio, queste leghe sono esposte ad alte temperature e pressioni equivalenti a quelle che si trovano all’interno di Marte, consentendo ai ricercatori di misurare direttamente la densità e la velocità delle onde sismiche.

Tuttavia, al momento, la maggior parte degli esperimenti vengono condotti in condizioni prevalenti all’interno della Terra e quindi non sono immediatamente applicabili a Marte. Di conseguenza, i ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno adottato un approccio diverso. Hanno calcolato le proprietà di un’ampia gamma di leghe utilizzando calcoli quantomeccanici, condotti presso il Centro nazionale svizzero di supercalcolo (CSCS) di Lugano, in Svizzera.

Quando i ricercatori hanno confrontato i profili calcolati con le misurazioni basate sui dati sismici InSight, hanno riscontrato un problema. Si scopre che non esistono leghe di ferro leggere che corrispondano contemporaneamente ai dati nella parte superiore e centrale di Marte. Ad esempio, al confine tra il nucleo e il mantello, la lega di ferro avrebbe dovuto contenere molto più carbonio di quello che si trova all’interno del nucleo.

“Ci è voluto un po’ di tempo per renderci conto che la regione che in precedenza avevamo considerato essere il nucleo esterno di ferro liquido non era dopotutto il nucleo, ma la parte più profonda del mantello”, spiega Huang. A sostegno di ciò, i ricercatori hanno anche scoperto che la densità e la velocità delle onde sismiche misurate e calcolate nei 150 chilometri più lontani del nucleo di Marte erano coerenti con quelle trovate nei silicati liquidi, lo stesso materiale, in forma solida, che costituisce Marte. ‘mantello. .

Ulteriori analisi dei precedenti terremoti marziani e ulteriori simulazioni al computer hanno confermato questa scoperta. Sfortunatamente, i pannelli solari polverosi e le conseguenti carenze di energia hanno reso impossibile per il lander InSight fornire dati aggiuntivi che avrebbero potuto far luce sulla composizione e la struttura dell’interno di Marte. “Tuttavia, InSight è stata una missione di grande successo, che ci ha fornito molti nuovi dati e approfondimenti che verranno analizzati negli anni a venire”, afferma Khan.

Per ulteriori informazioni su questo studio, vedere InSight Lander della NASA rivela il mistero di Marte fuso.

Riferimenti:

“Evidence for a liquid silicate layer over the core of Mars” di A. Khan, D. Huang, C. Durán, P. A. Sossi, D. Giardini e M. Murakami, 25 ottobre 2023, natura.
doi: 10.1038/s41586-023-06586-4

“Evidenza geofisica di un ricco strato di silicato fuso sopra il nucleo di Marte” di Henry Samuel, Melanie Drilio, Attilio Rivoldini, Zhongbo Xu, Quanqing Huang, Rafael F. Garcia, Vedran Lekic, Jessica C. E. Irving, James Padro, Philip H. Lugnonier , James Connolly , Taichi Kawamura, Tamara Gudkova e William B. Bannerd, 25 ottobre 2023, natura.
doi: 10.1038/s41586-023-06601-8

La missione Mars Insight della NASA

laboratorio di propulsione a reazione (Laboratorio di propulsione a reazione) ha gestito InSight per il Science Mission Directorate della NASA. InSight fa parte del Discovery Program della NASA, gestito dal Marshall Space Flight Center dell’agenzia. Lockheed Martin Space ha costruito la navicella spaziale InSight, inclusa la piattaforma da crociera e il lander, e ha supportato le operazioni della navicella spaziale per la missione.

Numerosi partner europei, tra cui il Centro nazionale francese per gli studi spaziali (CNES) e il Centro aerospaziale tedesco (DLR), sostengono la missione InSight. Il Centro nazionale francese per gli studi spaziali ha presentato alla NASA lo strumento Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS), con il ricercatore principale presso l’IPGP (Institut Physique du Générale di Parigi). Contributi significativi al SEIS sono venuti dall’IPGP; l’Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania; l’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia (ETH di Zurigo) in Svizzera; Imperial College di Londra Università di Oxford nel Regno Unito; E il Laboratorio di Propulsione a Getto. Il servizio Marsquake è gestito dall’ETH di Zurigo, con contributi significativi da parte dell’IPGP; IL Università di Bristol; Collegio Imperiale; ISAE (Istituto Superiore dell’Aviazione e dello Spazio); MPS. E il Laboratorio di Propulsione a Getto. Lo strumento Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) è stato fornito da DLR, con importanti contributi del Centro di ricerca spaziale (CBK) dell’Accademia polacca delle scienze e di Astronica in Polonia. Il Centro spagnolo di Astrobiologia (CAB) ha fornito i sensori di temperatura e vento.