Marte gira sempre più velocemente: la nuova scoperta grazie ad InSight

Gli scienziati hanno effettuato misurazioni molto precise della rotazione di Marte grazie ad InSight, rilevando per la prima volta come il pianeta oscilli a causa del movimento del suo nucleo di metallo fuso. I risultati, illustrati in un recente articolo su Nature, si basano sui dati del lander marziano InSight della NASA, che ha operato per quattro anni prima di esaurire l’energia durante la sua missione prolungata nel dicembre 2022.

La missione NASA InSight per lo studio di Marte

Il nome della missione InSight deriva dall’acronimo di Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport. Si trattav di una missione spaziale per l’esplorazione di Marte sviluppata dalla NASA, il cui lancio è avvenuto il 5 maggio 2018.

La missione era composta da un lander comprendente una serie di strumenti per lo studio della superficie di Marte, tra i quali un sismometro e un sensore termico. Il lander è atterrato con successo sulla superficie di Marte nella regione della Elysium Planitia il 26 novembre 2018, e la missione è potuta iniziare senza problemi.

Infatti, solo un mese dopo, a dicembre 2018, lo strumento sismico era già posizionato e operativo. Nell’aprile del 2019 la NASA ha comunicato di aver rilevato il primo terremoto marziano che è anche chiamato martemoto.

Purtroppo, a seguito di importanti tempeste di polvere che ne hanno ostruito i pannelli solari ed impedito la ricarica, il lander ha smesso di comunicare con la terra il 15 dicembre 2022. La NASA ha dichiarato ufficialmente la fine della missione il 21 dicembre 2022, dopo 4 anni di presenza su Marte del lander.

L’obiettivo della missione era quello di investigare sulla struttura interna di Marte in modo da ricavare degli indizi sulle fasi più antiche della formazione dei pianeti terrestri e più in generale sulla formazione del Sistema Solare. I dati ottenuti dal lander sono studiati ancora oggi dagli scienziati di tutto il mondo e ci hanno permesso di fare nuove scoperte sul pianeta rosso.

Lo strumento InSight RISE

Per tracciare il tasso di rotazione del pianeta, gli autori dello studio si sono affidati a uno degli strumenti di InSight: un transponder radio e delle antenne chiamate collettivamente Rotation and Interior Structure Experiment, o RISE. RISE fa parte di una lunga tradizione di atterraggi su Marte che utilizzano le onde radio per scopi scientifici, come i due lander Viking negli anni ’70 e il lander Pathfinder alla fine degli anni ’90. Ma nessuna di queste missioni aveva il vantaggio della tecnologia radio avanzata di InSight e degli aggiornamenti delle antenne della rete Deep Space della NASA sulla Terra. Insieme, questi miglioramenti hanno fornito dati cinque volte più precisi di quelli disponibili per i lander Viking.

Il Deep Space Network (Rete dello spazio profondo) è una rete mondiale di radiotelescopi, che svolge attività di supporto alle missioni interplanetarie e di esplorazione del sistema solare e dell’universo nei campi dell’astronomia radio e radar. In particolare, questa rete di radiotelescopi ci permette di comunicare con i satelliti in orbita in ogni momento della giornata.

Nel caso di InSight, gli scienziati avrebbero trasmesso un segnale radio al lander utilizzando la Deep Space Network. RISE avrebbe poi riflesso il segnale. Quando gli scienziati ricevevano il segnale riflesso, cercavano le piccole variazioni di frequenza causate dallo spostamento Doppler (lo stesso effetto che fa sì che la sirena di un’ambulanza cambi tonalità man mano che si avvicina e si allontana). La misurazione di questo spostamento ha permesso ai ricercatori di determinare la velocità di rotazione del pianeta.

I risultati ottenuti da InSight

Tramite questo strumento, gli scienziati hanno scoperto che la rotazione del pianeta sta accelerando di circa 4 milliarcsecondi all’anno. Questo corrisponde a un accorciamento della lunghezza del giorno marziano di una frazione di millisecondo all’anno.

Si tratta di un’accelerazione piccolissima e gli scienziati non sono del tutto sicuri della causa. Ma hanno alcune idee, tra cui l’accumulo di ghiaccio sulle calotte polari o il rimbalzo post-glaciale, in cui le terre emerse si sollevano dopo essere state sepolte dal ghiaccio. Lo spostamento della massa di un pianeta può causarne l’accelerazione, un po’ come un pattinatore su ghiaccio che ruota con le braccia distese e poi le ritira.

Gli esperti hanno esaminato i dati dei primi 900 giorni marziani di InSight, un tempo sufficiente per cercare tali variazioni. Gli scienziati hanno avuto il loro bel da fare per eliminare le fonti di rumore. L’acqua rallenta i segnali radio; quindi, l’umidità dell’atmosfera terrestre può distorcere il segnale proveniente da Marte. Così come il vento solare, gli elettroni e i protoni scagliati nello spazio profondo dal Sole.

Quello che stiamo cercando sono variazioni di poche decine di centimetri nel corso di un anno marziano. Ci vuole molto tempo e molti dati da accumulare prima di poter vedere queste variazioni.

Sebastien Le Maistre dell’Osservatorio Reale del Belgio, autore principale del lavoro e ricercatore principale di RISE

Misure del nucleo di Marte

I dati RISE sono stati utilizzati dagli autori dello studio anche per misurare l’oscillazione di Marte, detta nutazione, dovuta al movimento del nucleo liquido. La misurazione consente agli scienziati di determinare le dimensioni del nucleo: in base ai dati RISE, il nucleo ha un raggio di circa 1.140 miglia (1.835 chilometri).

Gli autori hanno poi confrontato questo dato con due precedenti misurazioni del nucleo ricavate dal sismometro della sonda. In particolare, hanno esaminato il modo in cui le onde sismiche hanno attraversato l’interno del pianeta: se si sono riflesse sul nucleo o se lo hanno attraversato senza ostacoli.

Tenendo conto di tutte e tre le misurazioni, hanno stimato che il raggio del nucleo è compreso tra 1.112 e 1.150 miglia (1.790 e 1.850 chilometri). Marte nel suo complesso ha un raggio di 3.390 chilometri, circa la metà di quello terrestre.

La misurazione dell’oscillazione di Marte ha fornito anche dettagli sulla forma del nucleo. I dati di RISE indicano che la forma del nucleo non può essere spiegata solo dalla sua rotazione. Questa forma richiede regioni di densità leggermente superiore o inferiore sepolte in profondità nel mantello.