Un team internazionale di ricercatori sotto la guida congiunta del Politecnico di Zurigo e dell’Imperial College di Londra è riuscito per la prima volta a stimare il numero globale di impatti di meteoriti su Marte utilizzando i dati sismici. I risultati mostrano che tra 280 e 360 meteoriti colpiscono il pianeta ogni anno, portando alla formazione di crateri con un diametro di oltre 8 metri. Géraldine Zenhäusern del Politecnico di Zurigo, uno dei leader dello studio, commenta: "Il tasso determinato è circa cinque volte superiore al numero di impatti stimato utilizzando solo tecniche di imaging. I nostri risultati dimostrano che la sismologia in combinazione con l’analisi delle immagini spaziali è uno strumento eccellente per misurare i tassi di impatto".
Il "fischio" sismico come indicazione di un nuovo tipo di terremoto
Ciò è stato possibile registrando un breve fischio che i meteoriti emettono quando entrano nell’atmosfera marziana. I ricercatori hanno analizzato i dati del sismometro utilizzato dalla missione InSight della NASA. Hanno scoperto che sei eventi sismici registrati vicino alla sonda erano stati precedentemente identificati come impatti di meteoriti (Garcia et al., 2023). Zenhäusern del Politecnico di Zurigo, la sua co-leader Natalia Wójcicka dell’Imperial College di Londra e il team di ricerca hanno ora scoperto che questi sei eventi sismici facevano parte di un gruppo molto più ampio di terremoti marziani chiamati eventi ad altissima frequenza (VF). Tali terremoti si verificano a una velocità molto maggiore rispetto ai terremoti tettonici marziani di forza analoga. Ad esempio, per un normale terremoto di magnitudo 3 su Marte sono necessari diversi secondi, mentre per un evento della stessa magnitudo causato da un impatto ad alta velocità sono sufficienti 0,2 secondi o meno. Analizzando gli spettri dei terremoti di Marte, sono stati identificati altri 80 terremoti, che ora si pensa siano causati da impatti di meteoriti."La sismologia è uno strumento eccellente per misurare i tassi di impatto".
Per la prima volta i dati sismici vengono utilizzati per ricavare i tassi di impatto dei meteoriti
Ogni anno cadono sulla Terra circa 17.000 meteoriti. Finché le loro code non sono visibili nel cielo notturno, raramente vengono notate. La maggior parte dei meteoriti si disintegra quando entra nell’atmosfera terrestre. Su Marte, invece, l’atmosfera è cento volte più sottile. Di conseguenza, la superficie del pianeta è esposta a impatti di meteoriti più grandi e più frequenti.Finora, i ricercatori planetari si sono basati su immagini spaziali e modelli derivati da crateri ben conservati sulla Luna, causati dall’impatto di meteoriti. Tuttavia, queste stime non potevano essere facilmente trasferite su Marte. I ricercatori devono tenere conto della maggiore attrazione gravitazionale di Marte e della vicinanza del Pianeta Rosso alla fascia degli asteroidi. Entrambi i fattori determinano un maggior numero di meteoriti che colpiscono Marte. A causa delle regolari tempeste di sabbia, i crateri sul pianeta sono anche meno ben conservati rispetto a quelli lunari e sono quindi meno facili da individuare con le immagini spaziali. Quando un meteorite colpisce Marte, le onde sismiche causate dalla collisione si propagano attraverso la crosta e il mantello e possono essere registrate dai sismometri. Questo offre un modo completamente nuovo di misurare il tasso di impatto su Marte.
Wójcicka spiega: "Abbiamo stimato il diametro dei crateri in base alla forza e alla distanza dei terremoti marziani ad alta frequenza. Abbiamo poi utilizzato queste stime per calcolare quanti crateri si sono formati intorno alla sonda InSight nel corso di un anno. Abbiamo estrapolato questi dati per stimare il numero di impatti annuali sull’intera superficie di Marte".
Zenhäusern aggiunge: "I nuovi crateri si vedono meglio sui terreni piatti e polverosi, dove sono particolarmente evidenti. Tuttavia, questo tipo di terreno si trova solo su meno della metà della superficie di Marte. Tuttavia, il sensibile sismometro della missione InSight è stato in grado di registrare ogni singolo impatto nel raggio d’azione della sonda".
Approfondimenti sull’età del Pianeta Rosso e sulle future missioni marziane
Come le linee e le rughe di un viso, le dimensioni e la densità dei crateri creati dagli impatti dei meteoriti forniscono informazioni sull’età delle diverse regioni di un pianeta. In altre parole, meno crateri ci sono, più giovane è la regione in questione. Venere, ad esempio, non ha quasi nessun cratere visibile perché il pianeta è protetto da una spessa atmosfera e la sua superficie è costantemente formata dall’attività vulcanica. Le antiche superfici del pianeta Mercurio e della Luna, invece, sono piene di crateri. Il pianeta Marte è una via di mezzo, perché ci sono regioni giovani e regioni antiche che si distinguono per il numero di crateri."Abbiamo stimato il diametro dei crateri in base alla forza e alla distanza dei terremoti marziani ad alta frequenza".
I nuovi dati mostrano che quasi ogni giorno si forma sulla superficie di Marte un nuovo cratere del diametro di 8 metri, mentre un cratere del diametro di 30 metri si forma circa una volta al mese. Poiché gli impatti ad alta velocità creano zone di esplosione che spesso hanno un diametro almeno cento volte superiore a quello del cratere, è importante conoscere il numero esatto di impatti per la sicurezza delle missioni - ora con i robot, ma in futuro anche con gli esseri umani.
"Questo lavoro è il primo nel suo genere a utilizzare i dati sismologici per determinare la frequenza con cui i meteoriti colpiscono la superficie di Marte, che era uno degli obiettivi della prima fase della missione marziana InSight", commenta Domenico Giardini, professore di sismologia e geodinamica al Politecnico di Zurigo e co-principal investigator della missione InSight della NASA. "Questi dati saranno utilizzati nella pianificazione delle future missioni su Marte".
Secondo Zenhäusern e Wójcicka, il piano prevede di utilizzare le tecnologie di apprendimento automatico nelle prossime fasi per portare avanti questa ricerca. Esse supporteranno i ricercatori nell’identificazione di ulteriori crateri sulle immagini satellitari e di eventi sismici nei dati.
Riferimenti
Zenhäusern, G, Wójcicka, N, Stähler, SC, Collins, GS, Daubar, IJ, Knapmeyer, M, Ceylan, S, Clinton, JF, Giardini, D: An estimate of the impact rate on Mars from statistics of very-high-frequency marsquakes. Nature Astronomy, 2024, doi.org/10.1038/s41550’024 -02301-z ( https://doi.org/10.1038/s41550’024 -02301-z )Posiolova, L.V., et al, 2022. I più grandi crateri da impatto recenti su Marte: immagini orbitali e indagine sismica di superficie. Science 378, 412’417 . https://doi.org/10.1126/science.abq7704
Garcia, R.F., et al., 2022. Crateri di nuova formazione su Marte individuati grazie ai dati sismici e delle onde acustiche di InSight. Nature Geoscience 1-7. https://doi.org/10.1038/s41561’022 -01014-0
