Usando informações obtidas em cerca de uma dúzia de terremotos detectados em Marte pelo sismômetro Very Broad Band SEIS, desenvolvido na França, a equipe internacional da missão InSight da NASA revelou a estrutura interna de Marte.
Os três artigos publicados em 23 de julho de 2021 na revista Science, envolvendo vários co-autores de instituições e laboratórios franceses, incluindo o CNRS, o Institut de Physique du Globe de Paris e a Université de Paris, e apoiados em particular pelos franceses a agência espacial CNES e a Agência Nacional de Pesquisa Francesa ANR fornecem, pela primeira vez, uma estimativa do tamanho do núcleo do planeta, da espessura de sua crosta e da estrutura de seu manto, com base na análise de ondas sísmicas refletidas e modificadas por interfaces em seu interior. Isso torna esta a primeira exploração sísmica da estrutura interna de um planeta terrestre diferente da Terra, e um passo importante para a compreensão da formação e evolução térmica de Marte.
Antes da missão InSight da NASA, a estrutura interna de Marte ainda era mal compreendida. Os modelos foram baseados apenas em dados coletados por satélites em órbita e na análise de meteoritos marcianos que caíram na Terra. Com base apenas na gravidade e nos dados topográficos, a espessura da crosta foi estimada entre 30 e 100 km. Os valores do momento de inércia e densidade do planeta sugeriram um núcleo com raio de 1.400 a 2.000 km. A detalhada estrutura interna de Marte e a profundidade dos limites entre a crosta, o manto e o núcleo eram, no entanto, completamente desconhecidos.
Com a implantação bem-sucedida do experimento SEIS na superfície de Marte no início de 2019, os cientistas da missão, incluindo os 18 co-autores franceses envolvidos e afiliados a uma ampla gama de instituições e laboratórios franceses, juntamente com seus colegas da ETH em Zurique, a Universidade de Colônia e o Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, coletaram e analisaram dados sísmicos ao longo de um ano marciano (quase dois anos terrestres).
Deve-se ressaltar que para determinar simultaneamente um modelo estrutural, o tempo (de chegada) de um terremoto e sua distância, geralmente é necessário mais de uma estação. No entanto, em Marte, os cientistas têm apenas uma estação, a InSight. Era, portanto, necessário pesquisar nos registros sísmicos os traços característicos das ondas que haviam interagido de várias maneiras com as estruturas internas de Marte, e identificá-las e validá-las. Essas novas medições, aliadas à modelagem mineralógica e térmica da estrutura interna do planeta, permitiram superar a limitação de se ter uma estação única. Este método inaugura uma nova era para a sismologia planetária.
Uma única estação, várias descobertas
Outra dificuldade em Marte é sua baixa sismicidade e o ruído sísmico gerado por sua atmosfera. Na Terra, os terremotos são muito mais fortes, enquanto os sismógrafos são mais efetivamente localizados em cofres ou no subsolo, possibilitando a obtenção de uma imagem precisa do interior do planeta. Como resultado, atenção especial deve ser dada aos dados. “Mas, embora os terremotos marcianos tenham uma magnitude relativamente baixa, inferior a 3,5, a sensibilidade muito alta do sensor VBB combinada com o ruído muito baixo ao anoitecer nos permitiu fazer descobertas que, há dois anos, pensávamos que só seriam possíveis com terremotos com uma magnitude superior a 4 “, explica Philippe Lognonné, professor da Universidade de Paris e investigador principal do instrumento SEIS no IPGP.
Todos os dias, os dados, processados pelo CNES, IPGP e CNRS, e transferidos para os cientistas, eram cuidadosamente limpos do ruído ambiente (vento e deformação relacionados com as rápidas mudanças de temperatura). A equipe internacional do Mars Quake Service (MQS) registrou os eventos sísmicos diariamente: mais de 600 já foram catalogados, dos quais mais de 60 foram causados por terremotos relativamente distantes.
Cerca de dez destes últimos contêm informações sobre a estrutura profunda do planeta: “As ondas sísmicas diretas de um terremoto são um pouco como o som de nossas vozes nas montanhas: elas produzem ecos. E eram esses ecos, refletidos no núcleo, ou na interface crosta-manto ou mesmo na superfície de Marte, que procuramos nos sinais, graças à sua semelhança com as ondas diretas”, explica Lognonné.
Uma crosta alterada, um manto revelado e um grande núcleo líquido
Ao comparar o comportamento das ondas sísmicas à medida que percorriam a crosta antes de chegar à estação InSight, foram identificadas várias descontinuidades na crosta: a primeira, observada a cerca de 10 km de profundidade, marca o limite entre uma estrutura altamente alterada, resultante de circulação de fluido há muito tempo, e crosta que está apenas ligeiramente alterada. Uma segunda descontinuidade a cerca de 20 km para baixo, e uma terceira, menos pronunciada a cerca de 35 km, lançam luz sobre a estratificação da crosta abaixo do InSight: “Para identificar essas descontinuidades, usamos todos os métodos analíticos mais recentes, ambos com terremotos de origem tectônica e com vibrações causadas pelo ambiente (ruído sísmico) “, diz Benoit Tauzin, professor titular da Universidade de Lyon e pesquisador do LGL-TPE.
No manto, os cientistas analisaram as diferenças entre o tempo de viagem das ondas produzidas diretamente durante o terremoto e o das ondas geradas quando essas ondas diretas foram refletidas na superfície. Essas diferenças possibilitaram, em uma única estação, determinar a estrutura do manto superior e, em particular, a variação das velocidades sísmicas com a profundidade. No entanto, essas variações na velocidade estão relacionadas à temperatura. “Isso significa que podemos estimar o fluxo de calor de Marte, que é provavelmente três a cinco vezes menor do que o da Terra, e colocar restrições na composição da crosta marciana, que se acredita conter mais da metade dos elementos radioativos produtores de calor presentes em o planeta “, acrescenta Henri Samuel, pesquisador do CNRS do IPGP.
Finalmente, no terceiro estudo, os cientistas procuraram ondas refletidas na superfície do núcleo marciano, a medição de cujo raio foi uma das principais conquistas da missão InSight. “Para fazer isso”, explica Mélanie Drilleau, engenheira pesquisadora do ISAE-SUPAERO, “testamos vários milhares de modelos de manto e núcleo em relação às fases e sinais observados.” Apesar das baixas amplitudes dos sinais associados às ondas refletidas (conhecidas como ondas ScS), foi observado um excesso de energia para núcleos com raio entre 1.790 km e 1.870 km. Um tamanho tão grande implica a presença de elementos leves no núcleo líquido e tem consequências importantes para a mineralogia do manto na interface manto / núcleo.
Metas alcançadas, novas questões surgem
Mais de dois anos de monitoramento sísmico resultaram no primeiro modelo da estrutura interna de Marte, até o núcleo. Marte, assim, junta-se à Terra e à Lua no seleto clube de planetas e luas terrestres cujas estruturas profundas foram exploradas por sismólogos. E, como costuma acontecer na exploração planetária, novas questões surgem: a alteração dos 10 km superiores da crosta é geral ou está limitada à zona de aterrissagem do InSight? Que impacto esses primeiros modelos terão nas teorias da formação e evolução térmica de Marte, em particular nos primeiros 500 milhões de anos, quando Marte tinha água líquida em sua superfície e intensa atividade vulcânica?
Com a extensão de dois anos da missão InSight e a energia elétrica adicional obtida após a limpeza bem-sucedida de seus painéis solares realizada pelo JPL, novos dados devem consolidar e melhorar ainda mais esses modelos.
Publicado em 23/07/2021 17h20
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