Tra il 4 e il 6 luglio, 2019, una sequenza di potenti terremoti rimbombò vicino a Ridgecrest, California, innescando più di 10, 000 scosse di assestamento in un periodo di sei settimane. Vedendo un'opportunità, i ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA e del Caltech hanno pilotato strumenti collegati a palloni ad alta quota sulla regione nella speranza di effettuare il primo rilevamento su pallone di un terremoto naturale. Il loro obiettivo:testare la tecnologia per future applicazioni su Venere, dove palloni dotati di strumenti scientifici potrebbero galleggiare sopra la superficie estremamente inospitale del pianeta.

E ci sono riusciti. Il 22 luglio barometri altamente sensibili (strumenti che misurano le variazioni della pressione atmosferica) su uno dei palloni hanno rilevato le onde sonore a bassa frequenza causate da una scossa di assestamento al suolo.

Nel loro nuovo studio, pubblicato il 20 giugno in Lettere di ricerca geofisica , il team dietro i palloncini descrive come una tecnica simile potrebbe aiutare a rivelare i misteri più intimi di Venere, dove le temperature superficiali sono abbastanza calde da fondere il piombo e le pressioni atmosferiche sono abbastanza alte da schiacciare un sottomarino.

Rumori planetari

Circa le dimensioni della Terra, Si pensa che Venere un tempo fosse più ospitale prima di evolversi in un luogo notevolmente diverso dal nostro mondo abitabile. Gli scienziati non sono sicuri del perché sia ​​successo.

Un modo fondamentale per capire come si è evoluto un pianeta roccioso è studiare cosa c'è dentro, e uno dei modi migliori per farlo è misurare le onde sismiche che rimbalzano sotto la sua superficie. Sulla terra, diversi materiali e strutture rifrangono queste onde sotto la superficie in modi diversi. Studiando la forza e la velocità delle onde prodotte da un terremoto o da un'esplosione, i sismologi possono determinare il carattere degli strati rocciosi sotto la superficie e persino individuare i serbatoi di liquido, come olio o acqua. Queste misurazioni possono essere utilizzate anche per rilevare l'attività vulcanica e tettonica.

"Gran parte della nostra comprensione dell'interno della Terra:come si raffredda e la sua relazione con la superficie, dove risiede la vita, deriva dall'analisi delle onde sismiche che attraversano regioni profonde come il nucleo interno della Terra, " ha detto Jennifer M. Jackson, il William E. Leonhard Professor di Fisica Minerale al Caltech's Sismological Laboratory e coautore dello studio. "Decine di migliaia di sismometri terrestri popolano reti spazialmente dense o permanenti, consentendo questa possibilità sulla Terra. Non abbiamo questo lusso su altri corpi planetari, in particolare su Venere. L'osservazione dell'attività sismica rafforzerebbe la nostra comprensione dei pianeti rocciosi, ma l'ambiente estremo di Venere ci richiede di studiare nuove tecniche di rilevamento".

JPL e Caltech hanno sviluppato questa tecnica sismologica basata su pallone dal 2016. Poiché le onde sismiche producono onde sonore, le informazioni vengono tradotte dal sottosuolo e nell'atmosfera. La scienza preziosa può quindi essere raccolta studiando le onde sonore dall'aria in un modo simile a quello in cui i sismologi studierebbero le onde sismiche dal suolo.

Se questo potesse essere ottenuto a Venere, gli scienziati avranno trovato un modo per studiare l'enigmatico interno del pianeta senza dover far atterrare alcun hardware sulla sua superficie estrema.

Il terremoto di Ridgecrest

Durante le scosse di assestamento successive alla sequenza del terremoto di Ridgecrest del 2019, Attila Komjathy del JPL e i suoi colleghi hanno guidato la campagna rilasciando due palloncini "eliotropio". Sulla base di un progetto sviluppato dal coautore dello studio Daniel Bowman dei Sandia National Laboratories di Albuquerque, Nuovo Messico, i palloni salgono ad un'altitudine di circa 11-15 miglia (da 18 a 24 chilometri) quando riscaldati dal sole e tornano a terra al tramonto. Mentre i palloncini andavano alla deriva, barometri che trasportavano misuravano i cambiamenti nella pressione dell'aria nella regione mentre le deboli vibrazioni acustiche delle scosse di assestamento viaggiavano nell'aria.

"Cercare di rilevare i terremoti naturali dai palloni è una sfida, e quando guardi per la prima volta i dati, puoi sentirti deluso, poiché la maggior parte dei terremoti di bassa magnitudo non produce forti onde sonore nell'atmosfera, " disse Quentin Brissaud, un sismologo presso il Laboratorio sismologico di Caltech e il Norwegian Seismic Array (NORSAR) a Oslo, Norvegia. "Tutti i tipi di rumore ambientale vengono rilevati; anche i palloncini stessi generano rumore".

Durante i test precedenti, i ricercatori hanno rilevato i segnali acustici delle onde sismiche generate da un martello sismico (una massa pesante che viene fatta cadere a terra), così come gli esplosivi fatti esplodere a terra sotto i palloni legati. Ma i ricercatori potrebbero fare lo stesso con i palloni fluttuanti sopra un terremoto naturale? La sfida principale tra le altre:non c'era alcuna garanzia che si sarebbe verificato un terremoto mentre i palloni erano in volo.

Il 22 luglio hanno avuto un colpo di fortuna:i sismometri terrestri hanno registrato una scossa di assestamento di magnitudo 4.2 a quasi 50 miglia (80 chilometri) di distanza. Circa 32 secondi dopo, un pallone ha rilevato una vibrazione acustica a bassa frequenza, un tipo di onda sonora al di sotto della soglia dell'udito umano chiamata infrasuoni, che lo ha investito mentre saliva a un'altitudine di quasi 3 miglia (4,8 chilometri). Attraverso analisi e confronti con modelli informatici e simulazioni, i ricercatori hanno confermato di avere, per la prima volta, rilevato un terremoto naturale da uno strumento a palloncino.

"Poiché esiste una rete così fitta di stazioni di terra sismometriche nel sud della California, siamo stati in grado di ottenere la "verità fondamentale" sulla tempistica del terremoto e la sua posizione, " disse Brissaud, l'autore principale dello studio. "L'onda che abbiamo rilevato era fortemente correlata con le stazioni di terra vicine, e rispetto ai dati modellati, questo ci ha convinto:avevamo sentito un terremoto".

I ricercatori continueranno a far volare i palloni su regioni sismicamente attive per acquisire maggiore familiarità con le firme a infrarossi associate a questi eventi. Aggiungendo più barometri allo stesso pallone e facendo volare più palloni contemporaneamente, sperano di individuare dove si verifica un terremoto senza bisogno di conferma dalle stazioni di terra.

Dalla California a Venere

L'invio di palloncini a Venere si è già dimostrato fattibile. I due palloni della missione Vega dispiegati lì nel 1985 da una cooperativa guidata dai sovietici hanno trasmesso dati per oltre 46 ore. Nessuno dei due portava strumenti per rilevare l'attività sismica. Ora questo studio dimostra che anche la tecnica per rilevare gli infrasuoni su Venere potrebbe essere possibile. Infatti, perché l'atmosfera di Venere è molto più densa di quella terrestre, le onde sonore viaggiano in modo molto più efficiente.

"Si calcola che l'accoppiamento acustico dei terremoti nell'atmosfera sia 60 volte più forte su Venere che sulla Terra, il che significa che dovrebbe essere più facile rilevare i venusquakes dagli strati freddi dell'atmosfera di Venere tra 50 e 60 chilometri [da circa 31 a 37 miglia] di altitudine, ", ha affermato il tecnico del JPL Siddharth Krishnamoorthy, ricercatore principale dello sforzo di analisi. "Dovremmo essere in grado di rilevare i terremoti di Venere, processi vulcanici, ed eventi di degassamento mentre caratterizzano i livelli di attività."

Ciò che interessa di più a Krishnamoorthy dei palloni volanti su Venere è che gli scienziati potrebbero usarli per andare alla deriva su regioni che sembrano essere sismicamente attive in base alle osservazioni satellitari e scoprire se lo sono davvero. "Se andiamo alla deriva su un punto caldo, o quello che sembra un vulcano dall'orbita, il pallone sarebbe in grado di ascoltare indizi acustici per capire se si comporta davvero come un vulcano terrestre, " disse Krishnamoorthy, che è stato anche responsabile tecnico per la campagna dei palloncini Ridgecrest. "In questo modo, i palloni potrebbero fornire la verità al suolo per le misurazioni satellitari".

Mentre il team di Venus Balloon continua a esplorare queste possibilità, i colleghi della NASA andranno avanti con due missioni che l'agenzia ha recentemente selezionato per andare su Venere tra il 2028 e il 2030:VERITAS studierà la superficie e l'interno del pianeta, e DAVINCI+ ne studierà l'atmosfera. Anche l'ESA (Agenzia Spaziale Europea) ha annunciato la propria missione su Venere, Concepire. Queste missioni offriranno nuovi indizi sul motivo per cui il pianeta un tempo simile alla Terra è diventato così inospitale.