Il nucleo di ferro liquido di Marte è più piccolo e più denso di quanto si pensasse in precedenza. Non solo è più piccolo, ma è anche circondato da uno strato di roccia fusa. Questo è ciò che concludono i ricercatori dell’ETH di Zurigo sulla base dei dati sismici del lander InSight.
L’analisi dei dati sismici marziani registrati dalla missione InSight ha rivelato che il nucleo di ferro liquido di Marte è circondato da uno strato di silicato fuso spesso 150 km, di conseguenza il suo nucleo è più piccolo e più denso di quanto proposto in precedenza. Credito fotografico: Thibaut Roger, NCCR Planet S / ETH Zurigo
Per quattro anni, il lander InSight della NASA ha registrato tremori su Marte con il suo sismometro. I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno raccolto e analizzato i dati trasmessi alla 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, scienziato senior presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo.
L’analisi dei martemoti registrati, combinata con le simulazioni al computer, dipinge un nuovo quadro dell’interno del pianeta. Stretto tra il nucleo di lega di ferro liquido di Marte e il suo mantello di silicato solido si trova uno strato di silicato liquido (magma) spesso circa 150 chilometri. “La Terra non ha uno strato di silicato completamente fuso come quello”, dice Khan.
Questa scoperta, ora pubblicata sulla rivista scientifica Natura insieme a uno studio condotto da Henri Samuel, dell’Institut de Physique de Globe de Paris, che giunge a una conclusione simile utilizzando metodi complementari, fornisce anche nuove informazioni sulla dimensione e sulla composizione del nucleo di Marte, risolvendo un mistero che i ricercatori hanno finora stato incapace di spiegare.
Un’analisi dei martemoti inizialmente osservati aveva dimostrato che la densità media del nucleo marziano doveva essere sensibilmente inferiore a quella del ferro liquido puro. Il nucleo della Terra, ad esempio, è costituito per circa il 90% in peso da ferro. Elementi leggeri come zolfo, carbonio, ossigeno e idrogeno costituiscono circa il 10% in peso. Le stime iniziali della densità del nucleo marziano hanno mostrato che è composto da una quota molto maggiore di elementi leggeri, circa il 20% in peso. “Ciò rappresenta un ampio complemento di elementi leggeri, al limite dell’impossibile. Da allora ci interroghiamo su questo risultato», afferma Dongyang Huang, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo.
Meno elementi luminosi
Le nuove osservazioni mostrano che il raggio del nucleo marziano è diminuito dall’intervallo inizialmente determinato di 1.800-1.850 chilometri a un intervallo compreso tra 1.650 e 1.700 chilometri, ovvero circa il 50% del raggio di Marte. Se il nucleo marziano è più piccolo di quanto si pensasse ma ha la stessa massa, ne consegue che la sua densità è maggiore e che, quindi, contiene meno elementi leggeri. Secondo i 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 più inspiegabile nel contesto dei tipici scenari di formazione planetaria”, afferma Paolo Sossi, professore assistente presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo e membro del Comitato Nazionale Centri di Competenza nella Ricerca (NCCR) PlanetS. Il fatto che il nucleo marziano contenga una quantità significativa di elementi leggeri indica che deve essersi 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.
I calcoli iniziali erano basati su tremori avvenuti in prossimità del lander InSight. Tuttavia, nell’agosto e nel settembre 2021, il sismometro ha registrato due terremoti sul lato opposto di Marte. Uno di questi è stato causato dall’impatto di un meteorite. “Questi terremoti hanno prodotto onde sismiche che hanno attraversato il nucleo”, spiega Cecilia Duran, dottoranda presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell’ETH di Zurigo. “Questo ci ha permesso di illuminare il nucleo”. Nel caso dei martemoti precedenti, al contrario, le onde si riflettevano al confine tra nucleo e mantello, non fornendo informazioni sulle profondità più interne del Pianeta Rosso. Grazie a queste nuove osservazioni, i ricercatori sono stati ora in grado di determinare la densità e la velocità delle onde sismiche del nucleo fluido fino a una profondità di circa 1.000 chilometri.
Simulazioni al supercomputer
Per dedurre la composizione del materiale da tali profili, i ricercatori solitamente confrontano i dati con quelli di 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. Al momento, tuttavia, la maggior parte degli esperimenti vengono condotti nelle condizioni prevalenti all’interno della Terra e quindi non sono immediatamente applicabili a Marte. I ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno quindi adottato un metodo diverso. Hanno calcolato le proprietà di un’ampia varietà di leghe utilizzando calcoli quantomeccanici, eseguiti presso il Centro nazionale svizzero di supercalcolo (CSCS) di Lugano, in Svizzera.
Quando i ricercatori hanno confrontato i profili calcolati con le loro misurazioni basate sui dati sismici di InSight, hanno riscontrato un problema. Si è scoperto che nessuna lega di ferro ed elementi leggeri corrispondeva contemporaneamente ai dati sia nella parte superiore che al centro del nucleo marziano. Al confine tra nucleo e mantello, ad esempio, la lega di ferro avrebbe dovuto contenere molto più carbonio che 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 dopo tutto 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 esterni del nucleo erano coerenti con quelle dei silicati liquidi – lo stesso materiale, in forma solida, di cui è composto il mantello marziano. .
Ulteriori analisi dei martemoti precedenti e ulteriori simulazioni al computer hanno confermato questo risultato. È solo deplorevole che i pannelli solari polverosi e la conseguente mancanza di energia abbiano 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.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
