La sonda de la NASA InSight consigue echar el primer vistazo al centro de Marte

El dios de la Guerra del sistema solar tiene un corazón más grande de los esperado; usando el primer sismómetro en otro planeta, los investigadores han podido observar por primera vez la estructura interior de Marte, incluido su gran núcleo líquido.

Los descubrimientos de tres estudios, publicados el 22 de julio en la revista Science, marcan el último gran triunfo científico para la InSight lander de la NASA, que llegó a la meseta ecuatorial conocida como Elysium Planitia en noviembre de 2018. La sonda espacial ha registrado leves "martemotos" que recorren el planeta desde principios de 2019.

En la tierra, las ondas sísmicas ayudan a descubrir la estructura interna de nuestro planeta al señalar algunos límites en la profundidad del subsuelo ante los que las ondas cambian de dirección y velocidad. La InSight ha hecho algo parecido con las mediciones con los temblores marcianos, lo que ha permitido a los científicos detectar las distintas capas del interior del planta rojo, incluido el límite de su núcleo de aproximadamente 3700 kilómetros de ancho.

"Como sismólogo, probablemente solo tengas una oportunidad en tu vida para descubrir el núcleo de un planeta", afirma el miembro del equipo del InSight Simon Stähler, un sismólogo planetario del centro de investigación universitaria suizo ETH Zurich, en una entrevista por videollamada.

Marte es el tercer cuerpo celestial al que se le mide su núcleo con datos sísmicos, tras la Tierra a principios del siclo XX y la Luna en 2011. Cuando se combinen los primeros datos que ha obtenido la InSight de la estructura del manto y la corteza de Marte, el tamaño del núcleo ayudará a definir modelos sobre cómo se ha transformado el planeta en los últimos 4500 millones de años y cómo ha podido pasar de un mundo posiblemente habitable con agua y un campo magnético planetario al árido y hostil desierto que conocemos hoy.

Misiones anteriores a Marte y modelos informáticos han hecho estimaciones sólidas de lo que yace debajo de la superficie ocre de Marte, incluida una noción de que posiblemente tuviera un núcleo líquido. Pero, sin datos sísmicos directos, los investigadores no podían confirmar cuán precisos eran esos modelos, o saber si Marte les reservaba alguna sorpresa. Los datos de la InSight son una confirmación de cómo ha cambiado Marte a lo largo de los eones. Pero también ofrecen una oportunidad única para comprobar como de precisos pueden ser los científicos a la hora de evaluar en remoto lo que se esconde bajo la superficie de un planeta.

"Esta es la primera vez que tenemos una visión de lo que hay en el interior de otro planeta", asegura Sanne Cottaar, un sismólogo de la Universidad de Cambridge en Reino Unido que no participó en ninguno de los tres estudios, también en una videoconferencia.

Como funcionan los martemotos

Interpretar los datos de la InSight y obtener resultados útiles es un gran reto de análisis. En la Tierra, la sismología se realiza con una red de decenas de miles de sensores. Los científicos de la InSight solo tenían un sismómetro, en una posición fija, con el que poder ver el interior del planeta rojo.

Y, para hacer las cosas más difíciles, Marte es mortecino comparado con la Tierra. Los temblores en Marte apenas serían perceptibles para las personas en la superficie salvo si estuvieran a pocos kilómetros del epicentro de la sacudida. Pero la InSight es muy sensible y el silencio sísmico marciano permite que la sonda pueda detectar temblores débiles a distancias mayores a las que sería posible, para un aparato similar, en la Tierra. Es más, los científicos han tenido que filtrar las distintas fuentes de sonido, desde los vientos de la superficie y las tormentas de polvo hasta los crujidos provocados por la propia estructura de la Insight, que se "queja" cuando se calienta y se enfría cada día marciano.

"Con el gran equipo que tenemos, hemos podido separar toda la información útil de todos los datos que hemos obtenido y que seguimos recibiendo", explica Mark Panning, un sismólogo del Laboratorio de Propulsión a Chorro  (JPL, en sus siglas en inglés) de la NASA en Pasadena (California) y coautor de los estudios.

El pan de cada día de los investigadores de los martemotos es muy parecido al de los sismólogos de la Tierra: ondas P y ondas S, dos tipos de ondas sísmicas que recorren el interior del planeta.

Al igual que las ondas sónicas cuando se mueven por el aire o el agua, la ondas P comprimen las partículas a lo largo de su recorrido. Las ondas S se mueven más despacio que las ondas P y, a medida que recorren un material mueven las partículas de lado a lado, como si tocaras una cuerda de una guitarra.

Al moverse de manera distinta, las ondas P y las ondas S no atraviesan los mismos materiales, aportando a los científicos más pistas sobre el interior del planeta. Las ondas P pueden atravesar sólidos, líquidos y gases, pero las ondas S solo pueden atravesar sólidos, ya que solo los sólidos resisten el movimiento lateral.

Esta diferencia se ha demostrado clave a la hora de detectar el núcleo de Marte, puesto que las ondas P pueden atravesar el manto sólido y llegar al núcleo líquido, pero las ondas S no. Dependiendo de la orientación de su agitación lateral, algunas ondas S pueden llegar a la frontera entre el manto y el núcleo, reflactar sin perder energía, y rebotar de nuevo hacía la superficie.

Stähler y sus colegas de la InSight estaba, precisamente, a la búsqueda de este tipo de rebotes. Tras detectar pequeñas pistas en los datos de un martemoto en julio de 2019, Stähler y su creciente equipo de científicos buscaron temblores que llegaban en tres fases diferentes: una onda P seguida de una onda S principal y, una segunda, onda S menor unos cientos de segundos después con las orientación correcta para ser un rebote.

Al final, el equipo encontró seis martemotos que mostraban este esquema de tres parte. Cuando compararon la señal con otros 5000 modelos diferentes del manto de Marte, los investigadores encontraron que estas ondas debían estar rebotando en un límite a unos miles de kilómetros bajo la superficie del planeta rojo: la línea divisoria entre el manto sólido de Marte y su núcleo líquido.

Partiendo de la profundidad a la que se situaba la frontera manto-núcleo, el equipo de la InSight estimó que el núclo de Marte tenía entre 3580 y 3740 kilómetros de ancho, ligeramente mayor de lo que predijeron los científicos. El tamaño del núcleo también permite saber que su densidad media es ligeramente menor a la que se pensaba. Si ciertos presupuestos razonables sobre Marte se mantienen, el núcleo líquido de hierro-níquel debe contener entre un 10 y un 15  por ciento de sulfuro, al igual que partes de elementos más ligeros como oxígeno, hidrógeno y carbón.

Los descubrimientos también dejan claro que el manto de Marte no alcanza la profundidad y la presión necesaria para hacer una distinción entre un manto inferior, el tipo de capa geológica que en la Tierra es una zona zona caliente y densa de roca sólida que empieza a 660 kilómetros de profundad. Los minerales de lata presión encontrados en el manto inferior de la Tierra sirven de aislante térmico para el núcleo del planeta, por lo que su ausencia en Marte podría significar que su núcleo se enfrió mucho más fácilmente.

Dependiendo en la composición del núcleo, este posible enfriamiento rápido podría haber ayudado a que el calor se moviera a través del núcleo de Marte al inicio de la historia del planeta, generando las corrientes de convención que habrían creado un campo magnético planetario en la juventud de Marte.

Aunque, ahora, Marte carece de ese campo magnético, la corteza del hemisferio sur está muy magnetizada, lo que implica que, entre 3700 millones y 4500 millones atrás, el planeta rojo tuvo un campo magnético similar al de la Tierra y lo perdió. La muerte del campo magnético de Marte se ha ligado a la pérdida de mucha de su atmósfera, así que descubrir más detalles sobre esta desaparición puede ayudar a los científicos a entender cuándo y porqué Marte se convirtió en el mundo seco y aparentemente estéril que conocemos.

De qué está hecho Marte realmente

Los martemotos registrados por la InSight no solo revelaron el núcleo del plantea rojo, también dieron pistas sobre el submundo menos profundo de Marte: su corteza y su manto. Por primera vez, los científicos han podido ver estas capas marcianas como las que tenemos en la Tierra.

En otro estudio, también publicado el 22 de julio en Science, el equipo liderado por el geofísico del ETH Zurich Amir Khan usó los datos de los martemotos para detectar un cambio térmico en el interior del planeta a unos 400-600 kilómetros de profundidad. Más abajo, el manto se comporta más como un líquido viscoso, conveccionando el calor lentamente como una lámpara de lava.

Las predicciones sugieren que la parte inferior de la corteza de Marte es mucho más rica en elementos radioactivos y emisores de calor (entre 13 y 21 veces más) que el manto inferior. En su conjunto, los datos podrían explicar porqué los volcanes surgen donde lo hacen a pesar de que el planeta no tiene placas tectónicas.

Para completar la disección de Marte, en el tercer estudio publicado en Science, los investigadores se enfocaron en la estructura de la corteza del planeta. Esta última investigación derivó en dos diferentes interpretaciones: la corteza tiene apenas 20 kilómetros de grosor, compuesta por dos capas, o de apenas 39 kilómetros, con tres capas. Descubrir cual de las teorías es cierta ayudaría a los científicos a entender cómo se formó y cambió el planeta a lo largo del tiempo.

"Esperamos que con más datos o más análisis diferentes lleguemos al punto en el que podemos señalar claramente uno de los dos modelos", asegura Brigitte Knapmeyer-Endrun, de la Universidad de Colonia en Alemani, que lideró el estudio sobre la corteza junto a Mark Panning, del JPL.

Aun así, el gran núcleo de Marte puede complicar observar ciertos tipos de seísmos más interesantes. Entre los lugares con más potencial sísmico del planeta está la dramática región de Tharsis, donde encontramos el Olympus Mons y otros enormes volcanes, al igual que otros accidentes geológicos que parecen más jóvenes. El núcleo de Marte es lo suficientemente grande como para impedir que las ondas S de Tharsis lleguen a la InSight, que no podría registrar cualquier martemoto que ocurriera allí.

Puede que en otros puntos de Marte haya más sorpresas sísmicas. La InSight todavía está recopilando datos y, con la renovación de la misión hasta 2022, los expertos esperan ver más temblores y poder echar una ojeada más detenida al enorme corazón metálico del planeta rojo.

"Realmente estamos yendo un paso más allá de la interpretación de un planeta desde el espacio", afirma Stähler; "ahora ya tenemos una verdad sobre el terreno".