Cómo un módulo de aterrizaje de la NASA decodificó los secretos que se encuentran debajo de la superficie de Marte
La vida del módulo de aterrizaje InSight en Marte llegó a su fin el año pasado cuando sus paneles solares quedaron cubiertos de polvo y su suministro de energía se fue agotando lentamente. Después de cuatro años de investigación y recopilación de datos, la NASA declaró oficialmente el final de la misión en diciembre de 2022.
Sin embargo, Insight deja un legado increíble, ya que proporcionó la mejor visión jamás vista del interior de Marte y fue la primera vez que se utilizó un sismómetro en otro planeta. Para saber cómo un pequeño módulo de aterrizaje pudo mirar a través de un planeta entero, hablamos con dos científicos destacados del equipo InSight, Catherine Johnson de la Universidad de Columbia Británica y Mark Panning del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
¿Por qué estudiar el interior de Marte?
Aprender sobre el interior de un planeta como Marte no es sólo una curiosidad abstracta. De hecho, para comprender temas que van desde la atmósfera de un planeta hasta su historia, necesitamos comprender su interior. “Si quieres entender cómo ha evolucionado Marte, ¿por qué tenía en el pasado una atmósfera diferente a la actual? ¿Por qué tuvo diferentes cantidades de vulcanismo en el pasado que en términos geológicos más recientes? "Hay que entender la estructura interior", dijo Johnson.
Pero ya es bastante difícil analizar muestras de la superficie de Marte utilizando rovers: ¿cómo es posible saber cómo es el interior de un planeta ubicado a cientos de millones de kilómetros de distancia? Afortunadamente, tenemos una idea de cómo hacer esto porque tenemos práctica estudiando la Tierra. Aprendemos sobre la estructura interior de la Tierra observando cómo las ondas sísmicas viajan a través del planeta, y podemos hacer lo mismo en Marte.
Esa fue la justificación para incluir un instrumento sismómetro en el módulo de aterrizaje InSight, que fue el primer sismómetro jamás aterrizado en otro planeta. Y sus resultados han sido, si se me permite el juego de palabras, fuera de este mundo.
Sacudido por terremotos
La Tierra tiene placas tectónicas que se desplazan a lo largo de millones de años, provocando terremotos cuando se rozan. Marte no tiene placas tectónicas hoy en día, pero es sacudido por terremotos similares llamados martemotos. Eso significa que el instrumento adecuado puede estudiar esos terremotos y la forma en que rebotan en el interior del planeta para aprender más sobre su estructura.
Para detectar pequeñas sacudidas en la superficie, no es necesario un rover que se mueva. En cambio, lo que desea es algo que permanezca exactamente en el mismo lugar durante meses o años, razón por la cual InSight es un módulo de aterrizaje estacionario. También está ubicado en una región muy tranquila.
Cuando se trata de elegir un lugar de aterrizaje para mediciones sísmicas, "básicamente, lo que se busca es un lugar que sea lo más aburrido posible", dijo Johnson. "Y lo más silencioso posible, porque estás realizando estas mediciones increíblemente sensibles".
Para tener en cuenta las diferencias ambientales día a día, InSight también mide factores como la temperatura, la presión y la velocidad del viento utilizando sensores meteorológicos, de modo que estos factores se puedan restar de los datos sísmicos. Como beneficio adicional, esto significa que InSight también es una pequeña estación meteorológica marciana y ha proporcionado años de datos sobre el clima en la región de Elysium Planitia donde se encuentra.
Cómo medir un terremoto
Los sismómetros son un equipo bastante básico y, dada la experiencia que tenemos en su uso en la Tierra, ajustarlos para Marte es conceptualmente simple. Los diseñadores debían adaptarse a los diferentes niveles de gravedad y el instrumento debía ser extremadamente sensible para captar pequeñas sacudidas. Pero esa fue la parte fácil.
La parte difícil fue cómo lograrlo usando solo uno de ellos. Cuando estabas en la escuela, quizás hayas aprendido que medir un terremoto requiere tres estaciones para poder triangular su origen. Pero solo habría un módulo de aterrizaje en Marte y tendría que recopilar todos los datos necesarios, todo por sí solo.
"Hay formas de localizar terremotos con una sola estación", dijo Panning, pero normalmente no se hace de esta manera. Así que descubrir qué tan efectivo sería este enfoque en Marte fue una parte importante para lograr que se aceptara la misión. "Pasamos mucho tiempo hablando de lo bien que podíamos localizar eventos con una sola estación".
No fue fácil convencer a la gente de que InSight sería capaz de detectar información útil por sí solo, especialmente teniendo en cuenta que nunca se había colocado un sismómetro en otro planeta. Pero desde que aterrizó en Marte en 2018, pudo registrar cientos de eventos sísmicos. "La historia nos ha confirmado", en ese frente, dijo Panning. "Hemos podido localizar muchos terremotos".
Entendiendo las ondas sísmicas
Para comprender cómo funciona InSight, es necesario comprender las ondas sísmicas. Hay dos tipos de ondas sísmicas, llamadas P y S. A medida que las ondas atraviesan el planeta, pueden moverse de diferentes maneras: Con las ondas P, el material se mueve hacia adelante y hacia atrás en la misma dirección en la que se mueve la onda. En las ondas S, el material se mueve de lado a lado en comparación con la dirección de la onda.
Piensa en un furtivo. Puedes empujar ondas a lo largo del slinky, lo que sería equivalente a una onda P, o puedes hacer oscilar el slinky de lado a lado, lo que sería el equivalente a una onda S.
InSight podría detectar ambos tipos de ondas y utilizarlas para detectar la fuente de un terremoto. Para saber a qué distancia se originó un terremoto, se puede observar el momento en que las ondas sísmicas llegaron al módulo de aterrizaje, ya que los dos tipos de ondas viajan a diferentes velocidades. La separación en el tiempo entre la llegada de las ondas P y las ondas S te da la distancia.
Determinar la ubicación de la fuente es un poco más complicado. El proceso utiliza una propiedad llamada polarización de las ondas sísmicas, que se refiere a la dirección del movimiento dentro de la onda. “Entonces, si una onda P llega desde el este, por ejemplo, los movimientos de sus partículas se moverán en dirección este-oeste. No van a ir de norte a sur”, explicó Panning.
Puedes usar esa polarización para determinar la dirección de donde proviene una onda. "Entonces, si sabemos qué tan lejos está el terremoto del momento de la P y S, y sabemos en qué dirección vino a partir de la polarización de las ondas, eso nos da una ubicación", dijo Panning.
Mirando hacia el interior
Una vez que pueda localizar la fuente de un terremoto, podrá utilizar esta información para conocer el interior del planeta. Sabemos que la estructura interior de Marte está formada por capas, formadas por un núcleo fundido, un manto y una corteza. Pero antes de InSight, no entendíamos bien el grosor de cada capa.
Por abstracto que parezca, comprender el interior profundo del planeta es vital para comprender todo tipo de cuestiones, desde la historia del planeta hasta su estado actual. "Cómo se ha enfriado el planeta y qué le ha sucedido, si pudo haber tenido un campo magnético en el pasado, si podría tenerlo hoy… ese tipo de preguntas dependen críticamente del interior profundo", dijo Johnson.
Entonces InSight tomó datos de los terremotos para medir la profundidad de las capas. Como cada capa tiene diferentes propiedades materiales, cada una interactúa con las ondas sísmicas en diferentes ondas. Y esto es lo que permite a los investigadores determinar el espesor y las propiedades de cada capa.
Para estudiar la corteza se utiliza una técnica llamada funciones receptoras. Cuando una onda P golpea un límite, como el borde de la corteza, parte de ella se convertirá en una onda S. Luego se puede ver que esta energía de onda S convertida llega un poco más tarde que la onda P, y eso puede indicar qué tan gruesa es la corteza.
Para estudiar el núcleo, que está fundido, se busca la energía que rebota en el límite entre el núcleo y el manto. Un gran terremoto puede provocar una onda S que golpea este límite, se refleja y rebota hacia el receptor. Puedes buscar ondas entrantes que tengan la polarización correcta para ser identificables como este tipo particular de onda, llamada onda ScS, y esto te permite calcular el radio del núcleo.
Para estudiar el manto, los investigadores querían saber qué tan rápido pasan las ondas a través de esta capa, lo que les permite conocer la temperatura del manto. Para ello se buscan ondas que hayan rebotado en la superficie del planeta, llamadas ondas PP. Puede ver que estos reflejos llegan a su receptor más tarde que las ondas P originales, lo que le indica qué tan rápido viajan las ondas.
Mirando hacia el futuro
Así fue como InSight pudo recopilar la información más precisa hasta el momento sobre el interior marciano, encontrando diferentes subcapas dentro de la corteza y determinando el tamaño del núcleo . Este es un gran paso hacia la comprensión del planeta y se logró apenas unos años después de las operaciones de InSight. Este es el legado que InSight dejará a la ciencia de Marte.
"Cada misión supone un gran avance en nuestra comprensión; en este caso, es un gran salto en nuestra comprensión del interior de Marte y el entorno de la superficie del módulo de aterrizaje", dijo Johnson.
La mayor comprensión del interior de Marte que ha proporcionado InSight respaldará futuras misiones, desde la misión planificada Mars Sample Return hasta los planes a largo plazo para que los astronautas eventualmente visiten el planeta rojo en persona. Y los resultados del módulo de aterrizaje todavía se utilizan para hacer descubrimientos, como el hallazgo reciente de que Marte gira más rápido cada año .
Entonces, aunque la misión InSight ha llegado a su fin, Johnson y su equipo son optimistas sobre lo que ha logrado la misión y lo que depara el futuro para la ciencia de Marte.
"Cualquier misión es este viaje increíble", dijo Johnson. “Siempre es un momento triste cuando algo llega a su fin. Pero también pasas mucho tiempo pensando en cómo la misión ha permitido el siguiente paso de las investigaciones”.