La sonda Mars Insight della NASA utilizza le vibrazioni indotte dal vento per rivelare gli strati del sottosuolo del pianeta rosso

Illustrazione artistica del lander InSight su Marte. InSight, acronimo di Inner Exploration Using Sismic, Geodesy and Heat Transfer Investigations, è progettato per fornire al Pianeta Rosso il primo esame completo dalla sua creazione 4,5 miliardi di anni fa. La missione cerca l’attività tettonica e gli effetti dei meteoriti, studia quanto calore sta ancora scorrendo attraverso il pianeta e traccia l’oscillazione di Marte mentre orbita attorno al sole. Credito: NASA/JPL-Caltech

I dati sismici sono stati raccolti a Elysium Planitia, la seconda area vulcanica più grande del mondo Marte, indica uno strato sedimentario poco profondo racchiuso tra flussi piroclastici sotto la superficie del pianeta. Questi risultati sono stati ottenuti sotto NASALa missione InSight (Internal Exploration Using Seismic Investigations, Geodesy and Thermal Transport), alla quale collaborano diversi partner di ricerca internazionali, tra cui l’Università di Colonia. Il documento di ricerca intitolato “Struttura superficiale di Marte nel sito di atterraggio di InSight dalla riflessione delle vibrazioni circostanti” è pubblicato in Comunicazioni sulla natura Il 23 novembre 2021.

Il geofisico Dr. Cedric Schmelsbach dell’ETH di Zurigo e colleghi, tra cui i sismologi Dr. Brigitte Knappmayer-Endron e il ricercatore Sebastian Carrasco (MSc) dell’Osservatorio sismologico dell’Università di Colonia a Pennsburg, hanno utilizzato i dati sismici per analizzare la formazione dell’Elysium Planitia regione. Gli autori hanno esaminato il sottosuolo poco profondo di circa 200 m di profondità. Direttamente sotto la superficie, hanno scoperto un ricco strato di materiale sabbioso predominante di circa tre metri di spessore sopra uno strato di 15 metri di proiettili di blocchi frastagliati – blocchi di roccia che sono stati espulsi dopo l’impatto di un meteorite e sono ricaduti in superficie.

Strati del sottosuolo sotto l'atterraggio di Insight

Impressione artistica: la sonda InSight si trova a Homestead Hollow, un piccolo cratere. Il sismometro SEIS utilizzato in questo studio è l’emisfero di colore chiaro sul terreno davanti alla sonda. Il terreno sottostante è costituito da un ricco strato sabbioso sopra strati alternati di sedimenti (colori giallo-arancio) e rocce basaltiche, cioè colate laviche passate (colori marroni). Credito: Geraldine Zenhäusern / ETH Zürich

Al di sotto di questi strati superiori, hanno identificato circa 150 metri di roccia basaltica, cioè colate laviche raffreddate e solidificate, che erano in gran parte coerenti con la struttura del sottosuolo proiettata. Tuttavia, tra questi flussi di lava, a partire da una profondità di circa 30 m, gli autori hanno identificato uno strato aggiuntivo di 30-40 m di spessore con bassa velocità sismica, indicando che contengono materiale sedimentario più debole rispetto agli strati di basalto più forti.

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Per datare i flussi piroclastici superficiali, gli autori hanno utilizzato i conteggi dei crateri dalla letteratura esistente. La conoscenza consolidata della velocità di impatto dei meteoriti consente ai geologi di datare le rocce: le superfici con molti crateri da impatto di meteoriti sono più antiche di quelle con meno crateri. Inoltre, i crateri con diametri maggiori si estendono nello strato inferiore, consentendo agli scienziati di datare rocce profonde, mentre i crateri più piccoli consentono loro di datare strati meno profondi.

Hanno scoperto che i flussi di lava superficiale hanno circa 1,7 miliardi di anni e si sono formati durante il periodo amazzonico, un’epoca geologica su Marte caratterizzata da bassi tassi di impatti di meteoriti e asteroidi e condizioni fredde ed estremamente secche, iniziata quasi 3 miliardi di anni fa. Al contrario, lo strato di basalto più profondo al di sotto dei sedimenti si è formato molto prima, circa 3,6 miliardi di anni fa durante il periodo esperiano, caratterizzato da una diffusa attività vulcanica.

Gli autori suggeriscono che lo strato intermedio con velocità vulcaniche inferiori potrebbe essere costituito da depositi sedimentari racchiusi tra i basalti esperiani e quelli amazzonici, o all’interno degli stessi basalti amazzonici. Questi risultati forniscono la prima opportunità di confrontare le misurazioni della verità sismica al suolo dello strato superficiale superficiale con le precedenti previsioni basate sulla mappatura geologica orbitale. Prima dell’atterraggio, il dott. Knapmeyer-Endrun aveva già sviluppato modelli della struttura della velocità del sottosuolo superficiale presso il sito di atterraggio di InSight sulla base dei loro analoghi a terra. Le misurazioni effettive ora indicano strati aggiuntivi e rocce generalmente più porose.

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“Sebbene i risultati aiutino a comprendere meglio i processi geologici di Elysium Planitia, il confronto con i modelli pre-atterraggio è prezioso anche per le future missioni di atterraggio, in quanto possono aiutare a migliorare le previsioni”, ha osservato Knapmeyer-Endrun. La conoscenza delle caratteristiche dello strato superficiale superficiale è necessaria per valutarne, ad esempio, la capacità portante e la transitabilità per i veicoli itineranti. Inoltre, i dettagli degli strati sotto la superficie superficiale aiutano a capire dove potrebbe ancora contenere acque sotterranee o ghiaccio. Come parte della sua ricerca di dottorato presso l’Università di Colonia, Sebastian Carrasco continuerà ad analizzare l’effetto della struttura superficiale di Elysium Planitia sulle registrazioni sismiche.

Il lander InSight è arrivato su Marte il 26 novembre 2018 ed è atterrato a Elysium Planitia. Marte è stato l’obiettivo di diverse missioni di scienze planetarie, ma la missione InSight è la prima a misurare in modo specifico l’interno della Terra utilizzando metodi sismici.

Riferimento: “Struttura superficiale di Marte nel sito di atterraggio di InSight dalla riflessione delle vibrazioni circostanti” di M. Hobiger, M. Hallo, C. Schmelzbach, SC Stähler, D. Fäh, D. Giardini, M. Golombek, J. Clinton, N. Dahmen, G. Zenhäusern, B. Knapmeyer-Endrun, S. Carrasco, C. Charalambous, K. Hurst, S. Kedar e W. B. Banerdt, 23 novembre 2021, Comunicazioni sulla natura.
DOI: 10.1038 / s41467-021-26957-7

Laboratorio di propulsione a getto (JPL)Laboratorio di propulsione a reazione) gestisce il programma InSight della direzione della missione scientifica della NASA. InSight fa parte del Discovery Program della NASA, gestito dal Marshall Space Flight Center dell’agenzia a Huntsville, in Alabama. La Lockheed Martin Space Corporation di Denver ha costruito la navicella spaziale Insight, che include un palco da crociera e un lander, e supporta le operazioni della navicella spaziale. Numerosi partner europei, tra cui il Centro nazionale francese per gli studi spaziali (CNES) e il Centro aerospaziale tedesco (DLR), stanno supportando la missione InSight. Il National Center for Space Studies ha fornito alla NASA lo strumento Inner Structure Seismic Experiment (SEIS), con il ricercatore principale dell’IPGP (Institut de Physiques de la Physique in the World a Parigi). Importanti contributi al Sistema Comune di Informazione Ambientale sono venuti dall’IPGP; Istituto Max Planck per la ricerca sul sistema solare (MPS) in Germania; Politecnico federale di Zurigo (ETH Zurigo) in Svizzera; Università Imperiale di Londra l’Università di Oxford nel Regno Unito; e JPL.

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Elma Zito

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