Sorpresa en Marte

La misión InSight de la NASA proporciona datos de la superficie de Marte. Su sismómetro, equipado con componentes electrónicos fabricados en ETH Zurich, no solo registra los terremotos, sino que también reacciona inesperadamente a los eclipses solares. Cuando la luna marciana, Fobos, se mueve directamente frente al Sol, el instrumento se inclina ligeramente hacia un lado. Este efecto minúsculo podría ayudar a los investigadores a determinar el interior del planeta.

Ilustración: La luna Fobos orbita Marte.
Crédito Gráfico: jihemD / Wikimedia Commons / CC BY- SA 3.0

Un observador de pie en Marte vería a la luna Fobos del planeta cruzar el cielo de oeste a este cada cinco horas. Su órbita pasa entre el Sol y cualquier punto dado de Marte aproximadamente una vez cada año terrestre.

Cada vez que lo hace, provoca de uno a siete eclipses solares en el espacio de tres días. Un lugar donde esto sucede es el sitio del módulo de aterrizaje InSight , estacionado en la región de Elysium Planitia desde Noviembre de 2018. En otras palabras, el fenómeno ocurre con mucha más frecuencia que en la Tierra, cuando nuestra Luna cruza frente al Sol. “Sin embargo, los eclipses en Marte son más cortos, duran solo 30 segundos y nunca son eclipses totales” explicó Simon Stähler. Él es Sismólogo del Instituto de Geofísica de ETH Zurich. Fotos tomadas por los dos rovers de Marte, Opportunity y Curiosity, también muestran un bulto de bordes afilados contra el fondo del Sol.

Las fotografías no son la única forma de observar estos tránsitos. “Cuando la Tierra experimenta un eclipse solar, los instrumentos pueden detectar una disminución de la temperatura y ráfagas de viento rápidas. Esto se debe a que la atmósfera se enfría en un lugar en particular y el aire se aleja rápidamente de ese lugar”, explicó Stähler. Un análisis de los datos de InSight debería indicar si efectos similares también son detectables en Marte.

A la espera del 24 de Abril de 2020

En Abril de 2019, la primera serie de eclipses solares fue visible desde el sitio de aterrizaje de InSight. Pero solo se guardaron algunos de los datos que registró. Indicaciones iniciales de esos datos, indujeron a Stähler y un equipo internacional de investigación a prepararse con entusiasmo para la próxima serie de eclipses. Éstos estaban previstos para el 24 de Abril de 2020. Se publicaron los resultados de sus observaciones en Agosto en la revista Geophysical Research Letters .

Como era de esperar, las células solares de InSight registraron los tránsitos. “Cuando Fobos está frente al Sol, llega menos luz solar a las células solares y éstas, a su vez, producen menos electricidad”, explica Stähler. «Se puede medir la disminución de la exposición a la luz causada por la sombra de Fobos». De hecho, la cantidad de luz solar se redujo durante un eclipse en un 30 por ciento. Sin embargo, los instrumentos meteorológicos de InSight indicaron que no hubo cambios atmosféricos y los vientos no cambiaron como se esperaba. Otros instrumentos; sin embargo, dieron una sorpresa: tanto el sismómetro como el magnetómetro registraron un efecto.

Señal inusual del sismómetro

La señal del magnetómetro probablemente se deba a la disminución de la electricidad de las células solares, como pudo demostrar Anna Mittelholz. Ella se incorporó recientemente al equipo de Marte del ETH Zurich. “Pero no esperábamos esta lectura del sismómetro; es una señal inusual ”, dice Stähler. Normalmente, el instrumento – equipado con electrónica construida en ETH – indicaría terremotos en el planeta. Hasta ahora, el Marsquake Service, dirigido por John Clinton y Domenico Giardini en ETH, ha registrado unos 40 terremotos convencionales. El más fuerte de ellos registró una magnitud de 3,8, así como varios cientos de terremotos regionales poco profundos.

Lo sorprendente durante el eclipse solar fue que el sismómetro se inclinó ligeramente en una dirección particular. “Esta inclinación es increíblemente pequeña”, señaló Stähler. “Imagínese una moneda de 5 francos; ahora, empuje dos átomos de plata debajo de un borde. Esa es la inclinación de la que estamos hablando: 10 -8. » Por leve que fuera este efecto, seguía siendo inconfundible.

«La explicación más obvia sería la gravedad de Fobos, similar a cómo la Luna de la Tierra causa las mareas», dijo Stähler, «pero lo descartamos». Si esa fuera la explicación, entonces la señal del sismómetro estaría presente durante un período de tiempo más largo. También lo haría cada cinco horas cuando Fobos hace su paso, no solo durante los eclipses.

Los investigadores determinaron la causa más probable de la inclinación: “Durante un eclipse, el suelo se enfría. Se deforma de manera desigual, lo que inclina el instrumento ”, dice Martin van Driel del grupo de investigación de Sismología y Física de Ondas.

Cuando Fobos oscurece el Sol, el sismómetro se inclina hacia un lado, apenas medible, y así registra el tránsito de la luna frente al Sol.
Crédito imagen:
Nasa / JPL.

Da la casualidad de que un sensor de infrarrojos midió un enfriamiento del suelo en Marte de dos grados. Los cálculos revelaron que en los 30 segundos del eclipse, el «frente frío» podría penetrar el suelo sólo a una profundidad de micro o milímetros. Pero el efecto fue suficiente para tirar del sismómetro.

Experimentos en una antigua mina de plata

Una observación en la Tierra apoya la teoría de Stähler. En el Observatorio de la Selva Negra, ubicado en una mina de plata abandonada en Alemania, Rudolf Widmer-Schnidrig descubrió un fenómeno similar: durante una prueba de sismómetro, alguien se olvidó de apagar la luz. El calor emitido por una bombilla de 60 vatios aparentemente fue suficiente para calentar la capa superior de granito muy por debajo del suelo, de modo que se expandió ligeramente y provocó que el sismómetro se inclinara ligeramente hacia un lado.

Los científicos deberían poder utilizar la pequeña señal de inclinación para mapear la órbita de Fobos con más precisión de lo que era posible anteriormente. La posición de InSight es la ubicación medida con mayor precisión en Marte. Si los científicos saben exactamente cuándo comienza y termina un tránsito de Fobos aquí, pueden calcular su órbita con precisión. Esto es importante para futuras misiones espaciales. Por ejemplo, la agencia espacial japonesa JAXA planea enviar una sonda a las lunas de Marte en 2024 y traer muestras de Fobos a la Tierra. “Para hacer eso, necesitan saber exactamente a dónde van a volar”, dice Stähler.

¿Qué revelan los datos precisos de la órbita?

Los datos precisos sobre la órbita de Fobos también podrían arrojar más luz sobre el funcionamiento interno de Marte. Mientras nuestra Luna continúa ganando impulso angular y se aleja constantemente de la Tierra, Phobos se está desacelerando y retrocediendo gradualmente hacia Marte. En 30 a 50 millones de años, chocará contra la superficie del planeta. “Podemos usar esta leve desaceleración para estimar qué tan elástico y, por lo tanto, qué tan caliente es el interior de Marte. El material frío es siempre más elástico que el caliente ”, explicó Amir Khan, también del Instituto de Geofísica de ETH Zurich. En última instancia, los investigadores quieren saber si Marte se formó del mismo material que la Tierra. O bien, si diferentes componentes podrían explicar por qué la Tierra tiene placas tectónicas, una atmósfera densa y condiciones que sustentan la vida. Características de las que Marte carece.

Referencia

S.C. Stähler et al.: Geophysical observations of Phobos transits by In Sight, 04 August 2020, Geophysical Research Letters.
Doi: 10.1029/2020GL089099

Bagheri, A., Khan, A., Al-​Attar, D., Crawford, O. & Giardini, D. Tidal Response of Mars Constrained From Laboratory-​Based Viscoelastic Dissipation Models and Geophysical Data. J. Geophys. Res. Planets 124, 2703–2727 (2019)
Doi: 10.1029/2019JE006015.

Fuente: ETH Zurich (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich,Escuela Politécnica Federal de Zúrich).

Artículo original:» Surprise on Mars«. Vonarburg Barbara. September 4, 2020.

Material relacionado

Sobre el Observatorio de la Selva Negra

Sobre la Misión Insight

Los siguientes artículos describen los hallazgos de la misión a Febrero de 2020 y contienen recursos sobre la misma:

Sobre los Marsquackes:

Sobre Fobos

Curiosity observa dos Eclipses Solares en Marte

Curiosity Observa a Fobos Eclipsando Parcialmente al Sol: Sol 2359. Esta serie de imágenes muestra a la luna marciana Fobos cruzando frente al Sol, como lo vio el rover Curiosity Mars.( Martes 26 de Marzo de 2019, (Sol 2359)). La velocidad está aumentada 10 veces.  Más información.
Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech / MSSS
Imagen completa y pie de foto ›
Imagen de Fobos mostrando el gran  cráter de impacto Stickney (a la derecha) junto a otros más pequeños.
Las ranuras son las líneas que parten del borde del gran cráter Stickney y recorren longitudinalmente la superficie en  la luna Fobos de Marte. Una nueva modelización indica que podrían ser producidos por las fuerzas de marea – la atracción gravitatoria mutua del planeta y la luna. Inicialmente, los científicos habían pensado que los surcos fueron creados por el impacto masivo que produjo al cráter Stickney. Más información. 
Créditos: NASA / JPL-Caltech / Universidad de Arizona.

Orbitando a sólo 6.000 kilómetros por encima de la superficie de Marte, Fobos está más cerca de su planeta que cualquier otra luna en el Sistema Solar. La gravedad de Marte está acercando a Fobos, dos metros cada cien años. Los científicos esperan que la luna se resquebraje dentro de entre 30 y 50 millones de años, por el efecto de marea gravitatoria.

Los surcos largos y poco profundos que recubren la superficie de Fobos son probablemente signos tempranos de una falla estructural. Ésta en última instancia va a destruir esta luna de Marte. El siguiente artículo lo presenta:

El destino de Fobos

¿Porqué la órbita de Fobos va formando una espiral acercándose a Marte? ¿Existen signos en la superficie de Fobos de marea gravitacional inducida por Marte?. ¿Cuál es la naturaleza de Fobos?.¿Cuáles son sus posibles orígenes?. ¿Cuáles son los esfuerzos a los que está sometida Fobos?. ¿Hasta cuándo los soportará?. Estas y otras preguntas más están tratadas en el siguiente artículo.

Algún día, Fobos, se deslizará más allá de cierto punto en su órbita degradante y será destrozada por las fuerzas de marea, formando un anillo. 
Esta ilustración muestra a Phobos a mitad de ese proceso, con vistas al Planeta Rojo. 

Crédito: Ron Miller/Astronomy.

Curiosidades

Una misión de estudio de la lunas marcianas, con retorno de muestras.

La investigación sobre el origen de Fobos y Deimos, su naturaleza y evolución, quedarán delucidados cuando se estudien en detalle ambas lunas in situ. Para ello es necesaria una misión dedicada, que también recoja una muestra de Fobos y la traiga a la Tierra para su análisis.

Representación artística de la nave espacial de la misión japonesa «MARTIAN MOONS EXPLORATION» (MMX).
Crédito: JAXA / ISAS.

Descripción

La misión Martian Moons eXploration (MMX) es un proyecto de JAXA para explorar las dos lunas de Marte. Su lanzamiento está planeado para mediados de la década de 2020. Aproximadamente un año después de salir de la Tierra, la nave espacial llegará al espacio marciano y entrará en una órbita alrededor de Marte. Luego se moverá a una órbita cuasi satélite (QSO) alrededor de la luna marciana, Fobos, para recopilar datos científicos. También recogerá una muestra de la superficie de la luna. Después de la observación y la recolección de muestras, la nave espacial regresará a la Tierra llevando el material recolectado de Fobos. La programación actual tiene una fecha de lanzamiento en JFY 2024, seguida de la inserción de la órbita marciana en JFY 2025. La nave espacial regresará a la Tierra en JFY 2029.

La exploración de las lunas marcianas ayudará a mejorar la tecnología para la futura exploración de planetas y satélites. Por ejemplo, el avance en la tecnología necesaria para realizar viajes de ida y vuelta entre la Tierra y Marte. También las técnicas avanzadas de muestreo que se emplearán en la superficie lunar marciana. Además en la tecnología de comunicación óptima utilizando las estaciones terrestres de la Red del Espacio Profundo.

El objetivo científico es aclarar el origen de las lunas marcianas y el proceso de evolución de la Esfera Marciana (Marte, Fobos y Deimos). La creación de este sistema es una de las claves para resolver los misterios de la formación planetaria en el Sistema Solar.

El Sitio de la Misión

El sitio de la misión, contiene toda la información sobre la misma:

En Twitter

El lector también puede consultar la cuenta de Twitter de Jaxa:

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