InSight revela um núcleo interno sólido de 600 quilómetros em Marte

Cientistas que procuram literalmente o “coração dos corações” de Marte depararam-se com uma estrutura surpreendente.

No ponto mais profundo do planeta, os registos sísmicos do InSight mostram uma massa sólida com cerca de 600 quilómetros (373 milhas) de diâmetro. Este resultado não só contraria interpretações anteriores, que apontavam para um núcleo macio em toda a sua extensão, como também entra em conflito com o que hoje se pensa sobre a composição do núcleo marciano.

“Ter um núcleo interno sólido em Marte era algo invulgar”, disse à ScienceAlert uma equipa liderada pelo sismólogo Huixing Bi, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China.

“Os primeiros estudos sugeriam que o núcleo marciano contém uma quantidade significativa de elementos leves, o que reduz a temperatura do solidus e torna pouco provável que o núcleo cristalize, tendo em conta a sua temperatura relativamente elevada.”

Um “raio-X” acústico do interior de Marte com o InSight

Só nos últimos anos foi possível começar a traçar um mapa do interior do planeta vermelho. A razão é que o módulo de aterragem InSight da NASA transportava um sismómetro capaz de registar ondas geradas por sismos e por impactos de meteoritos, à medida que estas se propagam e refletem no interior do planeta, reagindo de forma distinta consoante a densidade dos materiais que atravessam.

O efeito obtido é, em certa medida, semelhante a um “raio-X” do tamanho de um planeta - mas construído com ondas acústicas.

Entre 2018 e 2022, ao longo de quatro anos, o InSight monitorizou os tremores no interior de Marte e reuniu dados de centenas de eventos. A partir desse conjunto de medições foi possível obter o primeiro mapa interno detalhado do planeta, revelando uma organização comparável à da Terra: uma crosta rígida, um manto fundido e um núcleo denso no centro.

Porque um núcleo interno sólido em Marte é tão inesperado

Apesar das semelhanças gerais com a Terra, há diferenças essenciais no interior de Marte - e é precisamente por isso que Bi e os seus colegas quiseram aprofundar o que se assumia ser um núcleo marciano “mole”.

“Ao contrário da Terra, Marte não tem atualmente um campo magnético global”, explicaram os investigadores.

“Em vez disso, partes da sua crosta estão fortemente magnetizadas, o que indica que Marte teve um campo magnético num passado distante. O campo magnético global de um planeta é alimentado por um ‘dínamo’ no núcleo, que depende de uma combinação de convecção térmica e composicional no núcleo externo líquido.

“Na Terra, os elementos leves tendem a permanecer no líquido durante a cristalização do núcleo, originando líquido residual flutuante na fronteira do núcleo interno. Acredita-se que este mecanismo desempenhe um papel importante na manutenção do campo magnético terrestre atualmente. Em contraste, em Marte, tudo parece funcionar de outra forma.”

A composição do núcleo de Marte também aparenta divergir da do núcleo terrestre. Tal como o da Terra, o núcleo marciano é predominantemente ferro, mas com proporções mais elevadas de enxofre, oxigénio e carbono - elementos mais leves que, em teoria, deveriam reduzir a temperatura a que a mistura solidifica, limite conhecido como solidus.

Como o núcleo de Marte é consideravelmente mais quente do que essa temperatura, a ideia dominante era a de que o núcleo deveria ser macio de uma ponta à outra.

Como a equipa isolou sinais do centro do núcleo marciano

Na Terra, o estudo das camadas internas beneficia de redes com várias estações sísmicas, permitindo comparar a chegada das ondas em múltiplos pontos. Em Marte, o InSight operou sempre a partir de um único local. Para ultrapassar essa limitação, a equipa recorreu a eventos de impacto: quando rochas de grandes dimensões atingem a superfície marciana, geram ondas acústicas que se espalham pelo interior do planeta.

Os investigadores selecionaram 23 impactos com uma relação sinal/ruído elevada e aplicaram técnicas de análise de “arranjo sísmico” normalmente usadas com dados de várias estações na Terra.

“Esta abordagem permitiu-nos distinguir fases sísmicas específicas com base na forma como chegam à estação, com os ângulos de incidência e os tempos de chegada definidos”, afirmaram. “Desta forma, conseguimos detetar ondas que atravessam o centro do núcleo de Marte e reflexões na fronteira do núcleo interno, o que fornece observações críticas a favor de um núcleo interno sólido.”

As ondas sísmicas são classificadas consoante o seu comportamento no interior de um planeta. As ondas P são as mais rápidas e atravessam a crosta e o manto. As ondas K correspondem a ondas que passaram pelo núcleo externo de um planeta. As ondas I são as que atravessaram o núcleo interno, enquanto um “i” em minúscula representa uma onda que refletiu na fronteira externa do núcleo interno.

Estas letras combinam-se para descrever o percurso de uma onda; por exemplo, as ondas PKiKP atravessam o manto, entram no núcleo externo, refletem no núcleo interno, regressam pelo núcleo externo e depois voltam a atravessar o manto.

As fases sísmicas que apontam para um núcleo interno sólido de Marte

Ao analisar os registos, a equipa identificou não apenas um, mas vários sinais que, de forma independente, sugerem a existência de um núcleo interno sólido em Marte.

“Detetar a onda PKiKP é, por si só, uma evidência forte, mas também observamos a PKKP a chegar mais cedo do que o esperado, o que fornece confirmação adicional. Para além disso, o nosso modelo prevê - e os dados confirmam - outras fases associadas ao núcleo interno, incluindo PKiKP a maiores distâncias, PKIIKP e até um novo ramo de PKPPKP que atravessa o núcleo interno”, explicaram.

“Estas múltiplas fases são cruciais porque se validam mutuamente e apontam todas, de forma consistente, para a mesma conclusão: Marte tem mesmo um núcleo interno sólido.”

Neste momento, ainda não é claro como é que tal cenário se concretiza. Será necessário recorrer a modelação para investigar as condições de temperatura, pressão e composição envolvidas, bem como a forma como elementos pesados e leves se separam, tentando reproduzir o que os resultados da equipa indicam.

Ainda assim, as implicações são entusiasmantes. Este aprofundamento poderá ajudar a compreender melhor como Marte perdeu o seu dínamo e o seu campo magnético global. Também poderá revelar algo sobre a evolução de planetas rochosos - aqueles que os cientistas consideram mais prováveis de albergar vida tal como a conhecemos.

“O tamanho e as propriedades do núcleo interno de Marte servem como uma referência crucial para compreender a evolução térmica e química do planeta”, disseram os investigadores.

“Obter uma imagem mais nítida da formação do núcleo interno - e das suas implicações para a história do campo magnético de Marte - exigirá modelação mais detalhada, idealmente num quadro de planetologia comparativa.”

A investigação foi publicada na Nature.