A dicembre 2022, il lander InSight della NASA ha ufficialmente concluso la sua missione di quattro anni sul Pianeta Rosso. Gli ultimi dati inviati a Terra dal veicolo stanno però permettendo agli scienziati di studiare l’interno di Marte nelle sue profondità, e di comprenderne l’evoluzione.

Alla fine dello scorso anno, i ricercatori erano riusciti a effettuare le misurazioni più precise di sempre della rotazione del pianeta, che sembrava oscillare, forse a causa di moti interni del suo nucleo di metallo fuso. Per tracciare queste variazioni, era stato utilizzato il trasponder radio RISE di InSight, acronimo di Rotation and Interior Structure Experiment.

I risultati di RISE, rivisti di recente, indicano che il tasso di rotazione di Marte sta accelerando di circa 4 milliarcosecondi all’anno al quadrato, che corrisponde a una riduzione della lunghezza del giorno marziano di una frazione di millisecondo all’anno.

Il funzionamento di RISE

Su Marte si sono susseguiti diversi lander, come i Viking degli anni ’70 e il NASA Pathfinder alla fine degli anni ’90. Tuttavia nessuna di queste missioni era dotata della tecnologia radio avanzata a bordo di InSight, costantemente aggiornata all’interno del Deep Space Network della NASA sulla Terra. Tutti i miglioramenti a cui RISE è stato sottoposto nel corso dei 4 anni di missione hanno fornito dati circa cinque volte più accurati di quelli disponibili per i lander Viking.

Il funzionamento di RISE era il seguente. Gli scienziati trasmettevano un segnale radio a InSight utilizzando il Deep Space Network a Terra. RISE rifletteva quindi il segnale indietro. Quando gli scienziati ricevevano il segnale riflesso, cercavano minuscoli cambiamenti di frequenza causati dallo spostamento doppler, lo stesso effetto che fa cambiare tono alla sirena di un’ambulanza man mano che si avvicina e si allontana.

La misurazione dello spostamento ha consentito ai ricercatori di determinare la velocità di rotazione del pianeta. Il ricercatore principale di RISE Sebastien Le Maistre, dello Royal Observatory in Belgio, ha spiegato:

Quello che cerchiamo sono variazioni di poche decine di centimetri nel corso di un anno marziano. Ci vuole molto tempo e molti dati per accumularsi prima di poter vedere queste variazioni.

Marte ruota più velocemente, e ha un nucleo liquido

L’accelerazione misurata da RISE nella rotazione di Marte è piccola, ma comunque presente. E gli scienziati non sono del tutto sicuri della causa. Hanno però avanzato alcune ipotesi. Per esempio, l’accumularsi del ghiaccio in corrispondenza delle calotte polari, che sposta la massa del pianeta. Oppure, una dinamica interna ancora sconosciuta.

I ricercatori hanno esaminato i dati dei primi 900 giorni marziani di InSight, un tempo sufficiente per cercare delle variazioni. Inizialmente è stato difficile eliminare le fonti di rumore: l’acqua rallenta i segnali radio, quindi l’umidità nell’atmosfera terrestre può distorcere il segnale di ritorno da Marte. Allo stesso modo agisce anche il vento solare. Ma InSight fornisce dati sismici e radio di altissima qualità.

I dati RISE sono stati utilizzati anche per misurare l’oscillazione di Marte, chiamata nutazione, dovuta allo scuotimento nel suo nucleo liquido. La misurazione ha consentito agli scienziati di determinare la dimensione del nucleo, pari a un raggio di circa 1835 chilometri. Per confronto, il nucleo della Terra ha un raggio di 1221 km, ed è solido. Ricordiamo inoltre che Marte nel suo insieme ha un raggio di 3390 chilometri, circa la metà di quello terrestre.

Gli scienziati sono riusciti a caratterizzare separatamente il nucleo e il mantello di Marte. Hanno così scoperto che l’aumento di densità tra l’uno e l’altro è pari a 1.69 kg per metro cubo, cosa che conferma ulteriormente la presenza di un nucleo fuso e non solido come quello terrestre.

L’analisi dei dati radio riguardanti la nutazione ha anche fornito dettagli sulla forma di questo nucleo. In particolare, essa non può essere spiegata solo con la rotazione di Marte: richiede densità leggermente superiori o inferiori in profondità all’interno del mantello, ovvero anomalie di massa ancora sconosciute. E che i ricercatori, studiando i dati lasciati in eredità da InSight, sperano di comprendere presto.

Lo studio originale, pubblicato su Nature, è reperibile qui.