Em 5 de maio, o "InSight" -lander da NASA partiu em sua jornada para Marte. Esta é a primeira missão dedicada a investigar a estrutura interna do planeta vermelho e a responder a algumas questões-chave como:Por que a Terra e Marte se desenvolveram de maneira tão diferente, embora sua estrutura original e composição química pareçam tão semelhantes? Quão largo, grosso e denso são o núcleo, manto e crosta? Qual é a sua estrutura? Os cientistas esperam obter insights fundamentais sobre a formação geral de planetas rochosos como Marte, Terra, Mercúrio e Vênus.

Sismômetro para condições extremas

A sonda está equipada com instrumentos geofísicos, em particular um sismômetro especial; após o desembarque no final de novembro de 2018, este dispositivo irá registrar vibrações sísmicas e transferir os dados de volta para a Terra.

Pesquisadores da ETH Zurique e do Serviço Sismológico Suíço, que estiveram envolvidos no desenvolvimento da eletrônica do sismômetro (veja ETH News de 5 de maio de 2018), estará entre os primeiros a analisar e interpretar os dados.

Cientistas do Instituto de Geofísica já começaram a preparar essas análises. No supercomputador "Piz Daint" no Swiss National Supercomputing Center (CSCS), os pesquisadores calcularam a propagação da onda sísmica para cerca de 30 modelos diferentes de Marte.

Para seu catálogo de modelos, os pesquisadores consolidaram todo o conhecimento disponível sobre o planeta e usaram isso para calcular os dados sísmicos sintéticos que poderiam ser recebidos de Marte. Os cientistas então usaram esses dados para conduzir um teste cego, em que publicaram os dados e convidaram especialistas de todo o mundo a interpretá-los, a fim de trocar conhecimentos e experiências nesta área.

Código universal para simulação de ondas

Para investigar a influência da estrutura 3D da crosta de Marte em mais detalhes, Martin van Driel, Pesquisador Sênior da ETH Zurique, ondas sísmicas simuladas em Marte com Salvus, um código que ele desenvolveu na ETH junto com seus colegas Michael Afanasiev, Leão Krischer e Christian Böhm. Este código é flexível e pode ser usado universalmente para questões relacionadas à propagação de ondas em diferentes mídias em várias escalas.

As simulações de Marte rodam em "Piz Daint" em tempo real no dia 7, 200 núcleos de computação - o que significa que os cálculos demoram quase o mesmo tempo que as ondas sísmicas precisam viajar por Marte. Dependendo da estrutura interna do planeta, as ondas viajam em velocidades diferentes e seguem rotas diferentes da fonte ao sismômetro. O tempo que leva para as ondas viajarem pelo interior de Marte ajudará os cientistas a entender melhor a estrutura do planeta e as propriedades das rochas.

Com cerca de 10 bilhões de graus de liberdade e 300, 000 passos de tempo, os cientistas conseguiram resolver um problema consideravelmente grande. "Sem um supercomputador como" Piz Daint ", simular um único modelo em um laptop levaria mais de dois anos - cerca de quatro vezes mais tempo do que a viagem da sonda a Marte, "diz Böhm.

Visualização no lançamento da missão

Os pesquisadores visualizaram uma das simulações numéricas em um vídeo. Isso foi mostrado na conferência de imprensa da NASA para o lançamento do foguete da missão a Marte. A visualização mostra como as ondas viajam ao longo da superfície de Marte, orbitando ao redor do planeta e passando pela sonda três vezes. Van Driel explica que é essencial medir as ondas em cada uma das três passagens, pois isso permitirá que os cientistas coletem informações sobre o planeta, identificar o momento e a localização do terremoto de Marte, e para calcular sua estrutura aproximada, tudo com apenas uma estação sísmica. Contudo, a amplitude da terceira onda é menor por um fator de dez; o sismômetro deve ser sensível e sofisticado o suficiente para medir isso e o terremoto deve ter uma magnitude de pelo menos 4,5.

Na terra, terremotos dessa magnitude são gerados principalmente por processos de placas tectônicas em que placas continentais ou oceânicas colidem ou deslizam umas sobre as outras. Os cientistas atualmente acreditam que as placas tectônicas não estão ativas em Marte. Contudo, ao longo dos dois anos, eles esperam que os impactos ou contrações de meteoritos causados ​​pelo resfriamento de Marte produzam eventos sísmicos fortes o suficiente para serem observados pelo sismômetro.

Simulações anteriores permitem avaliação de dados

Como as ondas sísmicas em Marte nunca foram registradas com um sismômetro tão sensível, as simulações numéricas são a única forma de se preparar para a avaliação dos dados da missão InSight da NASA.

“Estamos usando os modelos calculados para verificar como certas estruturas, como a espessura da crosta, influenciar as medições, "diz Böhm. Os modelos ajudam, portanto, os pesquisadores a verificar seus métodos e entender melhor os sismogramas em Marte. Embora os dados sísmicos gerados pelos modelos pareçam semelhantes aos dados terrestres à primeira vista, as diferenças sutis são importantes. Os cientistas devem, portanto, familiarizar-se com esses novos dados e aprender a interpretá-los.

Para finalmente compreender a estrutura marciana, os pesquisadores do ETH irão comparar as medições reais com os dados simulados. Por esta, eles vão se basear no catálogo de modelos de Marte para ver se e como a medição muda, levando em consideração os modelos, quais são as estruturas e o que todas as simulações têm em comum.