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ASTRONOMÍA. Un terremoto en Marte revela por qué el planeta tiene dos hemisferios muy diferentes

astronomía, Marte

 

Datos de elevación de Marte que muestran las elevaciones más bajas de las tierras bajas del norte principalmente en azul y las elevaciones mucho más altas de las tierras altas del sur principalmente en naranja y rojo. (Fuente: Equipo científico de MOLA)

25 enero 2025.- A pesar de todo lo que hemos aprendido sobre Marte en las últimas décadas, el planeta sigue siendo un misterio. La mayor parte del misterio gira en torno a la vida y a si el planeta alguna vez albergó alguna. Pero el planeta también nos tienta con más misterios fundamentales.

Uno de esos misterios es la dicotomía marciana: ¿Por qué los hemisferios norte y sur del planeta son tan diferentes?

Por alguna razón, el hemisferio sur de Marte está compuesto predominantemente de tierras altas y tiene una elevación mayor que el hemisferio norte (unos 5 km más). El sur también tiene una corteza más gruesa, es más antiguo y está cubierto de cráteres.

El hemisferio norte es una vasta y lisa llanura con una corteza más delgada y menos cráteres. También está menos magnetizado que el sur.

Mapa de elevación de Marte, basado en datos obtenidos por el instrumento MOLA de la Mars Global Surveyor. El hemisferio norte es una llanura suave con una elevación menor que el hemisferio sur. Crédito de la imagen: NASA/GSFC
Mapa de elevación de Marte, basado en datos obtenidos por el instrumento MOLA de la Mars Global Surveyor. El hemisferio norte es una llanura suave con una elevación menor que el hemisferio sur. Imagen: NASA/GSFC

Los científicos han estado dándole vueltas a esta dicotomía y han propuesto diferentes razones para ello. Una de las principales teorías implica un impacto masivo. Algunos investigadores que utilizan modelos geofísicos han sugerido que un cuerpo del tamaño de Plutón golpeó a Marte al principio de su historia. El impacto podría haber creado las tierras bajas del norte como una gigantesca cuenca de impacto.

Otros investigadores han propuesto que los procesos internos (endógenos) del planeta crearon la dicotomía. La tectónica de placas o la convección del manto podrían haber estado detrás de ella.

De cualquier manera, la dicotomía es fundamental para comprender Marte. No podemos entender la evolución del planeta sin revelar el misterio detrás de la dicotomía. Por eso la NASA y el DLR lanzaron el módulo de aterrizaje InSight , que llegó a la superficie marciana en noviembre de 2018.

El nombre del módulo de aterrizaje significa Exploración Interior usando Investigaciones Sísmicas, Geodesia y Transporte de Calor. Entre sus instrumentos se encontraba SEIS, el  Experimento Sísmico para Estructura Interior . SEIS ayudó a los científicos a comprender mejor los terremotos marcianos al detectar y medir cientos de ellos. También les ayudó a medir el espesor de la corteza e investigar el manto. Los datos de InSight también les ayudaron a limitar el tamaño del núcleo de Marte.

Los científicos siguen trabajando con los datos de InSight y una nueva carta de investigación publicada en Geophysical Research Letters de la AGU sugiere que la convección de Marte está detrás de la dicotomía marciana. Se titula Constraints on the Origin of the Martian Dichotomy From Southern Highlands Marsquakes” . Los autores son Weijia Sun, de la Academia China de Ciencias, y el profesor y geofísico Hrvoje Tkalcic, de la Universidad Nacional Australiana.

Los autores exponen la dicotomía marciana en términos claros: “La dicotomía hemisférica marciana está delineada por diferencias significativas en elevación y espesor de la corteza entre las tierras bajas del norte y las tierras altas del sur”. La diferencia de altitud es aproximadamente igual a la altura de las montañas más altas de la Tierra.

Esta investigación se basa en un grupo de terremotos marcianos en la región de Terra Cimmeria, en las tierras altas del sur del planeta. “Analizamos los datos de las formas de onda de los llamados terremotos marcianos de baja frecuencia captados por el sismógrafo InSight de la NASA en Marte”, dijo el profesor Tkalcic. “Al hacerlo, localizamos un grupo de seis terremotos marcianos detectados previamente, pero no ubicados, en las tierras altas del sur del planeta, en la región de Terra Cimmeria”.

Estos terremotos proporcionaron a los investigadores nuevos datos sísmicos de regiones no estudiadas previamente, lo que es importante porque les permite comparar los datos con datos sísmicos de otras regiones, especialmente de la región de Cerberus Fossae en las tierras bajas del norte.

Mapa de MOLA que muestra los límites de Terra Cimmeria y otras regiones cercanas. Imagen: Jim Secosky, imagen modificada de la NASA. Dominio público.


Cerberus Fossae es una serie de fisuras casi paralelas en Marte. Los científicos creen que fueron creadas por los volcanes Tharsis al este y Elysium al oeste.

La imagen de la izquierda es una vista en planta vertical de Cerberus Fossae. El par de fosas son muy jóvenes y se formaron a partir de la actividad volcánica hace solo unos pocos millones de años. Crédito de la imagen: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO. La imagen de la derecha muestra Cerberus Fossae en contexto. Crédito de la imagen: Equipo científico MOLA de la NASA MGS
La imagen de la izquierda es una vista en planta vertical de Cerberus Fossae. El par de fosas son muy jóvenes y se formaron a partir de la actividad volcánica hace solo unos pocos millones de años. Crédito de la imagen: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO. La imagen de la derecha muestra Cerberus Fossae en contexto. Imagen: Equipo científico MOLA de la NASA MGS.


Los investigadores trabajaron con los datos sísmicos de InSight y mejoraron la relación señal-ruido. Esa mejora les permitió localizar con precisión las ubicaciones de los terremotos marcianos. “Aquí, mejoramos las relaciones señal-ruido y determinamos las ubicaciones de los terremotos marcianos de baja frecuencia registrados durante la misión InSight. Encontramos un nuevo grupo de terremotos marcianos en Terra Cimmeria, Tierras Altas del Sur, además de los que se habían localizado previamente en Cerberus Fossae, Tierras Bajas del Norte”, escriben.

Los investigadores utilizaron el llamado método de proporción espectral para determinar la calidad de las ondas. En este contexto, la calidad se refiere a la rapidez con la que las ondas sísmicas pierden energía a medida que viajan a través del interior de Marte. Se expresa como un valor de "Q", que fue diferente entre la región de Cerberus Fossae y la región de Terra Cimmeria.

Esta figura de la carta de investigación ilustra parte del trabajo. (a) muestra la topografía con los nombres de las ubicaciones marcadas. (b) muestra las ubicaciones de los terremotos de Marte del Servicio InSight de terremotos de Marte (2023) en estrellas azules, y las ubicaciones de este estudio están en estrellas rojas. (c)–(e) son vistas ampliadas de las ubicaciones de los terremotos de Marte para mayor claridad, donde (c) muestra el nuevo grupo de terremotos. El triángulo amarillo muestra la ubicación de InSight. Crédito de la imagen: Sun y Tkal?i? 2025.
Esta figura de la carta de investigación ilustra parte del trabajo. (a) muestra la topografía con los nombres de las ubicaciones marcadas. (b) muestra las ubicaciones de los terremotos de Marte del Servicio InSight de terremotos de Marte (2023) en estrellas azules, y las ubicaciones de este estudio están en estrellas rojas. (c)–(e) son vistas ampliadas de las ubicaciones de los terremotos de Marte para mayor claridad, donde (c) muestra el nuevo grupo de terremotos. El triángulo amarillo muestra la ubicación de InSight. Imagen: Sun y Tkalcic 2025.


“Utilizando el método de la relación espectral, estimamos el factor de calidad Q en el rango de 481 a 543 para Terra Cimmeria frente a los 800 a 2.000 determinados para Cerberus Fossae”, explican los investigadores. Un Q más alto en Terra Cimmeria, en las Tierras Altas del Sur, indica que las ondas sísmicas allí se “atenúan” o pierden energía más rápidamente.

Una diferencia tan grande en Q entre regiones indica que las subsuperficies son sustancialmente diferentes entre sí. La temperatura y la convección del manto podrían ser la clave. “La diferencia de atenuación podría estar relacionada con las diferencias de temperatura entre los dos hemisferios, junto con una convección más vigorosa debajo de las Tierras Altas del Sur”, afirma el artículo.

“Los datos de estos terremotos en Marte, cuando se comparan con los terremotos en Marte bien documentados del hemisferio norte, revelan que el hemisferio sur del planeta es significativamente más caliente en comparación con el hemisferio norte”, dijo el profesor Tkalcic. “Comprender si se está produciendo convección ofrece pistas sobre cómo Marte ha evolucionado hasta su estado actual a lo largo de miles de millones de años”.

El objetivo principal de los investigadores al estudiar la dicotomía marciana ha sido determinar si los responsables son procesos o eventos endógenos o exógenos. Sin embargo, la teoría del impacto se ve obstaculizada por la cronología. Existen importantes limitaciones geocronológicas para los impactos gigantes en Marte. Los datos de los cráteres, la distribución de minerales y la presencia de canales fluviales contradicen la hipótesis del impacto, que la mayoría de los investigadores sugieren que tuvo que haber ocurrido en los inicios de la historia del Sistema Solar.

“Estas observaciones sismológicas, junto con las limitaciones geocronológicas de los impactos gigantes, refuerzan la hipótesis “endógena” de que la convección del manto causa la dicotomía de la corteza”, explican.

Esta figura de la carta de investigación ilustra algunos de los resultados. Muestra el origen endógeno de la dicotomía marciana a partir de observaciones sismológicas. "Aunque otros mecanismos pueden contribuir a la atenuación (dislocaciones, fusión, efectos previos a la fusión), inferimos que la diferencia de atenuación observada se debe principalmente a la diferencia de temperatura", escriben los autores. "Nuestra interpretación <en la Figura 4> es compatible con el hallazgo de que la temperatura del manto es sustancialmente más alta debajo de las Tierras Altas del Sur que en las Tierras Bajas del Norte". Crédito de la imagen: Sun y Tkal?i? 2025.
Esta figura de la carta de investigación ilustra algunos de los resultados. Muestra el origen endógeno de la dicotomía marciana a partir de observaciones sismológicas. “Aunque otros mecanismos pueden contribuir a la atenuación (dislocaciones, fusión, efectos previos a la fusión), inferimos que la diferencia de atenuación observada se debe principalmente a la diferencia de temperatura”, escriben los autores. “Nuestra interpretación <en la Figura 4> es compatible con el hallazgo de que la temperatura del manto es sustancialmente más alta debajo de las Tierras Altas del Sur que en las Tierras Bajas del Norte”. Imagen: Sun y Tkalcic 2025.


¿Son estos hallazgos un gran avance para entender la dicotomía marciana? Es posible. Comparado con nuestras exploraciones sísmicas del interior de la Tierra, Marte es un planeta prácticamente desconocido.

“En la Tierra, tenemos miles de estaciones sísmicas repartidas por todo el planeta, pero en Marte tenemos una única estación, por lo que el reto es determinar la ubicación de estos terremotos cuando sólo se dispone de un único instrumento”, afirmó el profesor Tkalcic.

Parece que los investigadores han superado ese desafío. “Estos hallazgos, respaldados por el análisis geoquímico de meteoritos marcianos, proporcionan valiosas observaciones sismológicas in situ que respaldan la hipótesis “endógena”, lo que sugiere que la convección del manto juega un papel crucial en la formación de la dicotomía de la corteza marciana”, explican los autores.

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