El impacto de dos meteoritos permite, por primera vez, estudiar la corteza superficial de Marte

Desde 2018, cuando la misión InSight desplegó el sismómetro SEIS en la superficie de Marte, los sismólogos y geofísicos han estado escuchando los pulsos sísmicos de más de 1.300 'martemotos'. Una y otra vez, los investigadores registraron terremotos en Marte, tanto pequeños como grandes. Pero el análisis detallado de la ubicación de los sismos causados por los dos impactos trajo consigo una sorpresa. Con epicentros que se sitúan en las cercanías de Cerberus Fossae, una región caracterizada por una serie de grietas en el terreno, estos terremotos cuentan una historia totalmente nueva a las de los demás. Una que sugiere que el vulcanismo aún juega un papel activo en la formación de la superficie marciana.

Bajo la dirección de científicos del ETH Zurich, un extenso equipo internacional de investigadores analizó un conjunto de más de 20 terremotos marcianos recientes, todos ellos con origen en la región de Cerberus Fossae. Y la conclusión fue que los sismos de baja frecuencia indican una fuente cálida que podría explicarse por la lava fundida actual, es decir, el magma a esa profundidad y la actividad volcánica en Marte. En concreto, los investigadores hallaron que los terremotos se ubican principalmente en la parte más interna de Cerberus Fossae.

Después, al comparar esos datos sísmicos con imágenes de observación de la misma área, el equipo también descubrió depósitos de polvo más oscuros. Y no solo en la dirección dominante del viento, sino abriéndose en abanico en múltiples direcciones diferentes. «El tono más oscuro del polvo -explica Simon Staehler, autor principal del artículo de 'Nature Astronomy'- significa evidencia geológica de actividad volcánica reciente, quizás dentro de los últimos 50.000 años, relativamente joven en términos geológicos«.

La exploración de planetas vecinos a la Tierra no es una labor sencilla. Marte es el único mundo, además del nuestro, en el que los científicos disponen de rovers, módulos de aterrizaje e incluso drones que transmiten datos. Todas las demás exploraciones planetarias, hasta ahora, se han basado en imágenes orbitales. «El SEIS de InSight es el sismómetro más sensible jamás instalado en otro planeta -dice Domenico Giardini, coautor de esta investigación-. Brinda a los geofísicos y sismólogos la oportunidad de trabajar con datos actuales que muestran lo que está sucediendo en Marte hoy, tanto en la superficie como en su interior«.

Marte es importante a la hora de comprender procesos geológicos similares en la Tierra. De hecho, el planeta rojo es el único que conocemos, hasta ahora, con un núcleo de hierro, níquel y azufre similar al terrestre y que alguna vez pudo haber soportado un campo magnético. La evidencia topográfica también indica que Marte tuvo en el pasado grandes extensiones de agua y posiblemente una atmósfera más densa. Incluso hoy, los científicos han aprendido que el agua congelada, aunque posiblemente en su mayoría hielo seco, todavía existe en sus casquetes polares.

En el segundo estudio, también dirigido por científicos del ETH Zurich y publicado en 'Science', los investigadores han analizado las mediciones realizadas por el sismómetro de la misión InSight. Durante casi tres años, las únicas ondas sísmicas detectadas en Marte fueron las que se propagaron desde el foco o hipocentro de terremotos sucedidos en las profundidades del planeta. Sin embargo, los científicos tenían la esperanza de poder contemplar algún tipo diferente de evento que generara ondas sísmicas superficiales, esto es, que viajaran por la superficie marciana. Y esa espera terminó el 24 de diciembre de 2021, cuando el impacto de un meteorito produjo las tan deseadas ondas superficiales.

Las características atípicas en las lecturas de aquél terremoto en concreto llevaron a los investigadores a sospechar que su fuente no se encontraba, como las demás, en las profundidades, sino muy cerca de la superficie. De inmediato se pusieron en contacto con otros colegas que trabajaban con la sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) que está en órbita de Marte. Y, de hecho, las imágenes tomadas por MRO a finales de diciembre de 2021 mostraron un gran cráter de impacto a unos 3.500 kilómetros de distancia del lugar en el que se encuentra la misión InSight.

«La ubicación coincidió bien con nuestras estimaciones sobre la fuente del terremoto», explica Doyeon Kim, geofísica del ETH Zurich y autora principal del artículo. Además, los investigadores también pudieron identificar el impacto de un meteorito a poco menos de 7.500 kilómetros de InSight como la fuente de un segundo terremoto atípico.

Debido a que el hipocentro de cada terremoto se encontraba en la superficie, no solo se generaron ondas sísmicas similares a los 'martemotos' registrados previamente a mayor profundidad, sino también las tan deseadas ondas que se propagaron a lo largo de la superficie marciana. «Esta es la primera vez -dice Kim- que se observan ondas superficiales sísmicas en un planeta que no sea la Tierra. Ni siquiera las misiones Apolo a la Luna lo lograron».

Lo que hace que las ondas superficiales sísmicas sean tan importantes para los investigadores es que brindan una valiosa información sobre la estructura de la corteza de Marte. Las ondas de cuerpo sísmicas, que viajan a través del interior del planeta durante un terremoto, hasta ahora habían proporcionado información sobre el núcleo y el manto de Marte, pero muy poco sobre la corteza.

«Hasta ahora -prosigue la investigadora-, nuestro conocimiento de la corteza marciana se basaba en la medición de un solo punto bajo el módulo de aterrizaje InSight». Pero el resultado del análisis de ondas superficiales resultó toda una sorpresa. En promedio, la corteza marciana entre los sitios de impacto y el sismómetro de InSight tiene una estructura muy uniforme y una alta densidad. Sin embargo, directamente debajo del módulo de aterrizaje, los investigadores habían detectado previamente tres capas de corteza, lo que implica una densidad más baja.

Los nuevos hallazgos resultan importantes porque la corteza de un planeta proporciona pistas importantes sobre su formación y posterior evolución. Dado que la corteza en sí es el resultado de procesos dinámicos tempranos en el manto y procesos magmáticos posteriores, puede informarnos sobre las condiciones de hace miles de millones de años y proporcionar, a la vez, la línea de tiempo de los impactos, que fueron particularmente abundantes en los primeros días de existencia de Marte.

Kim explica cómo se realizó la nueva medición: «La velocidad a la que se propagan las ondas superficiales depende de su frecuencia, que a su vez depende de su profundidad». 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 promedio de la roca, porque la velocidad sísmica también depende de las propiedades elásticas del material a través del cual viajan las ondas. Estos datos permitieron a los investigadores determinar la estructura de la corteza a profundidades de entre 5 y 30 kilómetros por debajo de la superficie de Marte.

La nueva investigación también podría ayudar a resolver un misterio centenario. Desde que los primeros telescopios apuntaron a Marte, se sabe que existe un marcado contraste entre los hemisferios sur y norte del planeta. Mientras que la característica dominante del hemisferio sur es una meseta cubierta por cráteres de meteoritos, el hemisferio norte se compone principalmente de tierras bajas volcánicas planas que podrían haber estado cubiertas por océanos en la historia temprana del planeta. Esta división entre las tierras altas del sur y las tierras bajas del norte se conoce como 'la dicotomía de Marte'.

«Tal como están las cosas -señala por su parte Domenico Giardini, que también ha participado en el estudio-, todavía no tenemos una explicación generalmente aceptada para la dicotomía, porque nunca hemos podido ver la estructura profunda del planeta. Pero ahora estamos empezando a descubrirla«. Los resultados iniciales parecen refutar una de las teorías más difundidas sobre la dicotomía de Marte: las cortezas del norte y del sur probablemente no estén compuestas de diferentes materiales, como se ha supuesto a menudo, y su estructura puede ser sorprendentemente similar a profundidades relevantes.

Kim y su equipo esperan disponer muy pronto de nuevos resultados. En mayo de 2022, en efecto, InSight observó el mayor martemoto hasta la fecha, con una magnitud de 5. Y también registró las ondas sísmicas superficiales generadas por este evento poco profundo. Justo a tiempo, ya que la misión InSight pronto llegará a su fin debido a que los paneles solares del módulo de aterrizaje están cubiertos de polvo y la energía se está agotando. Pero los análisis iniciales son esperanzadores, y confirman los hallazgos que los investigadores obtuvieron de los otros dos impactos de meteoritos.

«Es una locura -dice Kim-. Habíamos estado esperando durante tanto tiempo estas ondas, y ahora, solo unos meses después de los impactos de meteoritos, observamos este gran terremoto con ondas superficiales extremadamente ricas. Eso nos permiten ver aún más profundamente en la corteza, a una profundidad de unos 90 kilómetros».