Esperimenti terrestri su leghe ferro-zolfo che si ritiene comprendano il nucleo di Marte rivelano per la prima volta dettagli sulle proprietà sismiche del pianeta. Queste informazioni saranno confrontate con le osservazioni fatte dalle sonde spaziali marziane nel prossimo futuro. Se i risultati tra esperimento e osservazione coincidono o meno, confermeranno le teorie esistenti sulla composizione di Marte o metteranno in discussione la storia della sua origine.

Marte è uno dei nostri vicini terrestri più prossimi, eppure è ancora molto lontano, tra circa 55 milioni e 400 milioni di chilometri, a seconda di dove la Terra e Marte sono rispetto al sole. Al momento della scrittura, Marte è a circa 200 milioni di chilometri di distanza, e in ogni caso, è estremamente difficile, costoso e pericoloso da raggiungere. Per queste ragioni, a volte è più sensato investigare il pianeta rosso attraverso simulazioni qui sulla Terra piuttosto che inviare una costosa sonda spaziale o, nel futuro, le persone.

Keisuke Nishida, un assistente professore del Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti dell'Università di Tokyo al momento dello studio, e il suo team studiano il funzionamento interno e la composizione di Marte tramite dati sismici che rivelano non solo lo stato attuale del pianeta, ma anche suggerire il suo passato, comprese le sue origini.

"L'esplorazione degli interni profondi della Terra, Marte e gli altri pianeti sono una delle grandi frontiere della scienza, " disse Nishida. "È affascinante in parte a causa delle scoraggianti scale coinvolte, ma anche per come li indaghiamo in sicurezza dalla superficie della Terra".

Per molto tempo è stato teorizzato che il nucleo di Marte sia probabilmente costituito da una lega ferro-zolfo. Ma visto quanto sia inaccessibile per noi il nucleo della Terra, le osservazioni dirette del nucleo di Marte dovranno probabilmente aspettare un po' di tempo. Ecco perché i dettagli sismici sono così importanti, come onde sismiche, simile a onde sonore enormemente potenti, può viaggiare attraverso un pianeta e offrire uno sguardo all'interno, anche se con alcune avvertenze.

"La sonda Insight della NASA è già su Marte e sta raccogliendo letture sismiche, " disse Nishida. "Tuttavia, anche con i dati sismici, mancava un'importante informazione senza la quale i dati non potevano essere interpretati. Avevamo bisogno di conoscere le proprietà sismiche della lega ferro-zolfo che si pensava costituisse il nucleo di Marte".

Nishida e il team hanno ora misurato la velocità per le cosiddette onde P (uno dei due tipi di onde sismiche, l'altro sono onde S) in leghe ferro-zolfo fuso.

"A causa di ostacoli tecnici, ci sono voluti più di tre anni prima che potessimo raccogliere i dati ultrasonici di cui avevamo bisogno, quindi sono molto contento che ora ce l'abbiamo, " disse Nishida. "Il campione è estremamente piccolo, il che potrebbe sorprendere alcune persone data l'enorme scala del pianeta che stiamo effettivamente simulando. Ma gli esperimenti ad alta pressione su microscala aiutano l'esplorazione di strutture su macroscala e storie evolutive dei pianeti a lungo termine".

Una lega ferro-zolfo fusa appena sopra il suo punto di fusione di 1, 500 gradi Celsius e soggetto a 13 gigapascal di pressione ha una velocità dell'onda P di 4, 680 metri al secondo; questo è oltre 13 volte più veloce della velocità del suono nell'aria, che è 343 metri al secondo. I ricercatori hanno utilizzato un dispositivo chiamato pressa multiincudine di tipo Kawai per comprimere il campione a tali pressioni. Hanno usato fasci di raggi X da due strutture di sincrotrone, KEK-PF e SPring-8, per visualizzare i campioni per poi calcolare i valori dell'onda P.

"Prendendo i nostri risultati, i ricercatori che leggono i dati sismici marziani saranno ora in grado di dire se il nucleo è principalmente una lega ferro-zolfo o meno, " disse Nishida. "Se non lo è, questo ci dirà qualcosa sulle origini di Marte. Per esempio, se il nucleo di Marte include silicio e ossigeno, suggerisce che, come la Terra, Marte ha subito un enorme impatto durante la sua formazione. Allora di cosa è fatto Marte, e come si è formato? Penso che stiamo per scoprirlo".

Lo studio è pubblicato su Comunicazioni sulla natura .