La missione InSight della NASA fornisce dati dalla superficie di Marte. Il suo sismometro, dotato di elettronica costruita all'ETH di Zurigo, non solo registra terremoti, ma reagisce inaspettatamente anche alle eclissi solari. Quando la luna marziana, Phobos si muove direttamente davanti al sole, lo strumento si inclina leggermente di lato. Questo minuscolo effetto potrebbe aiutare i ricercatori a determinare l'interno del pianeta.

Un osservatore su Marte vedrebbe la luna del pianeta Phobos attraversare il cielo da ovest a est ogni cinque ore. La sua orbita passa tra il sole e un dato punto su Marte circa una volta ogni anno terrestre. Ogni volta che lo fa, provoca da una a sette eclissi solari nell'arco di tre giorni. Un luogo in cui ciò accade è il sito del lander InSight della NASA, di stanza nella regione di Elysium Planitia dal novembre 2018. In altre parole, il fenomeno si verifica molto più frequentemente che sulla Terra, quando la nostra luna attraversa davanti al sole. "Però, le eclissi su Marte sono più brevi:durano solo 30 secondi e non sono mai eclissi totali, " spiega Simon Stähler, un sismologo presso l'Istituto di geofisica dell'ETH di Zurigo. Foto scattate dai due rover su Marte della NASA, Opportunità e Curiosità, mostrano anche un grumo tagliente sullo sfondo del sole.

Le fotografie non sono l'unico modo per osservare questi transiti. "Quando la Terra sperimenta un'eclissi solare, strumenti in grado di rilevare un calo della temperatura e rapide raffiche di vento, mentre l'atmosfera si raffredda in un luogo particolare e l'aria si allontana da quel punto, " Spiega Stähler. Un'analisi dei dati di InSight dovrebbe indicare se effetti simili sono rilevabili anche su Marte.

Aspettando il 24 aprile 2020

Ad aprile 2019, la prima serie di eclissi solari era visibile dal sito di atterraggio di InSight, ma solo alcuni dei dati registrati sono stati salvati. Le prime indicazioni di quei dati hanno spinto Stähler e un team di ricerca internazionale a prepararsi con entusiasmo per la prossima serie di eclissi, scadenza il 24 aprile 2020. Hanno pubblicato i risultati delle loro osservazioni ad agosto sulla rivista Lettere di ricerca geofisica .

Come previsto, Le celle solari di InSight hanno registrato i transiti. "Quando Phobos è di fronte al sole, meno luce solare raggiunge le celle solari, e questi a loro volta producono meno elettricità, " Spiega Stähler. "La diminuzione dell'esposizione alla luce causata dall'ombra di Phobos può essere misurata". la quantità di luce solare è diminuita durante un'eclissi del 30 percento. Però, Gli strumenti meteorologici di InSight non hanno indicato cambiamenti atmosferici, e il vento non è cambiato come previsto. Altri strumenti; però, ha fatto una sorpresa:sia il sismometro che il magnetometro hanno registrato un effetto.

Segnale insolito dal sismometro

Il segnale del magnetometro è molto probabilmente dovuto al calo dell'elettricità delle celle solari, come Anna Mittelholz, una recente aggiunta al team Mars dell'ETH di Zurigo, ha saputo mostrare. "Ma non ci aspettavamo questa lettura del sismometro; è un segnale insolito, " dice Stähler. Normalmente, lo strumento, dotato di elettronica costruita all'ETH, indicherebbe i terremoti sul pianeta. Finora il Marsquake Service, guidato da John Clinton e Domenico Giardini all'ETH, ha registrato circa 40 terremoti convenzionali, il più forte dei quali ha registrato una magnitudo di 3,8, oltre a diverse centinaia di regionali, terremoti poco profondi.

Ciò che è stato sorprendente durante l'eclissi solare è stato che il sismometro si è leggermente inclinato in una direzione particolare. "Questa inclinazione è incredibilmente piccola, " Stähler osserva. "Immaginate una moneta da 5 franchi; Ora, spingere due atomi d'argento sotto un bordo. Questa è la pendenza di cui stiamo parlando:10 ^-8 ." Per quanto lieve fosse questo effetto, era ancora inconfondibile. "La spiegazione più ovvia sarebbe la gravità di Phobos, simile a come la luna della Terra provoca le maree, "Stahler dice, "ma abbiamo subito escluso questo." Se questa fosse la spiegazione, quindi il segnale del sismometro sarebbe presente per un periodo di tempo più lungo e ogni cinque ore quando Phobos fa il suo passaggio, non solo durante le eclissi. I ricercatori hanno determinato la causa più probabile dell'inclinazione:"Durante un'eclissi, il terreno si raffredda. Si deforma in modo non uniforme, che inclina lo strumento, " afferma Martin van Driel del gruppo di ricerca Sismology and Wave Physics.

Come succede, un sensore a infrarossi ha effettivamente misurato un raffreddamento del suolo su Marte di due gradi. I calcoli hanno rivelato che nei 30 secondi dell'eclisse, il "fronte freddo" potrebbe penetrare nel terreno solo fino a una profondità di micro o millimetri, ma l'effetto è stato sufficiente per strattonare il sismometro.

Esperimenti in una vecchia miniera d'argento

Un'osservazione sulla Terra supporta la teoria di Stähler. All'Osservatorio della Foresta Nera, situato in una miniera d'argento abbandonata in Germania, Rudolf Widmer-Schnidrig ha scoperto un fenomeno simile:durante un test sismometrico, qualcuno ha dimenticato di spegnere la luce. Il calore emesso da una lampadina da 60 watt era apparentemente sufficiente per riscaldare lo strato più alto di granito in profondità sotto terra, in modo che si espandesse leggermente e facesse inclinare leggermente il sismometro da un lato.

Gli scienziati dovrebbero essere in grado di utilizzare il minuscolo segnale di inclinazione di Marte per mappare l'orbita di Phobos con maggiore precisione di quanto fosse possibile in precedenza. La posizione di InSight è la posizione misurata più accuratamente su Marte; se gli scienziati sanno esattamente quando inizia e finisce un transito di Phobos qui, possono calcolare con precisione la sua orbita. Questo è importante per le future missioni spaziali. Per esempio, L'agenzia spaziale giapponese JAXA prevede di inviare una sonda sulle lune di Marte nel 2024 e di riportare sulla Terra campioni provenienti da Phobos. "Fare quello, hanno bisogno di sapere esattamente dove stanno volando, "dice Stähler.

Cosa rivelano i dati precisi sull'orbita

Dati precisi sull'orbita di Phobos potrebbero anche far luce sul funzionamento interno di Marte. Mentre la nostra luna continua a guadagnare momento angolare e si allontana costantemente dalla Terra, Phobos sta rallentando e gradualmente ritorna su Marte. In 30-50 milioni di anni, si schianterà sulla superficie del pianeta. "Possiamo usare questo leggero rallentamento per stimare quanto sia elastico e quindi quanto sia caldo l'interno di Marte; il materiale freddo è sempre più elastico del caldo, " spiega Amir Khan, anche presso l'Istituto di geofisica dell'ETH di Zurigo. In definitiva, i ricercatori vogliono sapere se Marte fosse formato dallo stesso materiale della Terra, o se diversi componenti potrebbero spiegare perché la Terra ha una tettonica a zolle, un'atmosfera densa e condizioni che supportano la vita, caratteristiche che mancano a Marte.