Mars in our lab: Comparando la gravedad en la Tierra y en Marte

Marte y la Tierra son planetas muy parecidos, aunque también presentan diferencias significativas. La masa de Marte es poco más de una novena parte de la terrestre mientras que su radio es aproximadamente la mitad del terrestre. Esto hace que también haya diferencias en la gravedad entre ambos planetas: 9,8  m/s² en el caso de la Tierra frente a 3,7 m/s² en el planeta rojo. En nuestro caso, si fuésemos a Marte, esta diferencia sería responsable de que en Marte pesaríamos menos que en la Tierra o, en el caso de este planeta, es uno de los factores que explica por qué Marte ha perdido una gran parte de su atmósfera.

Los valores que calculábamos en la actividad anterior son valores globales, estimados para ambos planetas en su conjunto; pueden presentar variaciones locales que dependerán tanto de la masa de los materiales como en del radio del planeta en el punto de medida, y por tanto de la densidad de aquellos.

Una anomalía gravitatoria es la diferencia que existe entre el valor medido de la aceleración de la gravedad en un punto y el valor teórico (el que hemos calculado globalmente) para ese mismo lugar; se mide en miligals (1 miligal = 0,001 cm/s²) El efecto debido a la presencia de masas debido a las elevaciones o depresiones del terreno se denomina anomalía de aire libre. Los mapas siguientes muestran los valores de ambas anomalías en la Tierra y en Marte.

Anomalías gravitatorias de aire libre en la Tierra (http://www2.csr.utexas.edu/grace/gravity)

Mapa de anomalías gravitatorias de aire libre en la superficie de Marte (https://pdga.gsfc.nasa.gov/products/57)

En el caso de Marte, la aceleración de la gravedad se mide con una serie de instrumentos que hay a bordo de naves que orbitan el planeta. Puesto que la superficie es irregular vemos las variaciones que muestra el mapa de arriba: valores altos en el monte Olimpo o en los volcanes de Tarsis (las máximas elevaciones de Marte) y bajos en el Valles Marineris o en el gigantesco cráter de impacto de Hellas (los lugares más bajos). Y de igual manera se puede ver en el mapa de la Tierra.

Imaginemos ahora que corregimos el valor teórico general que hemos calculado, añadiendo o sustrayendo los efectos de la altitud y de la latitud. Si el planeta fuese homogéneo, no debiera haber diferencias entre los valores medidos con los instrumentos y los estimados. Pero la realidad es que las hay, tanto en la Tierra como en Marte. A esta diferencia se conoce como anomalía gravitatoria de Bouguer. Una anomalía positiva indica que hay un exceso de masa respecto al modelo de referencia en los materiales subyacentes. Por el contrario, una anomalía negativa indica un defecto de masa, o materiales con menor densidad. En consecuencia, el estudio de la distribución de las anomalías de Bouguer proporciona información acerca de la heterogeneidad el interior del planeta.

Los mapas que siguen, muestran los valores de estas anomalías en la Tierra y en Marte.

Variaciones en los valores de la anomalía de Bouguer en la superficie terrestre (https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2015/04/Bouguer_gravity_anomaly).

Variaciones en la anomalía gravitatoria de Bouguer en la superficie de Marte (https://pgda.gsfc.nasa.gov/products/57).

El estudio de la distribución de las anomalías gravitatorias de Bouguer permite obtener información acerca del interior de Marte. Una anomalía positiva indica que el valor medido es más alto, y por tanto que hay más masa, y viceversa. En el caso de la Tierra, hay anomalías negativas en los continentes y positivas en el fondo de los océanos. Puesto que la corteza es menos densa que el manto, es de esperar que sea más gruesa en los lugares donde las anomalías sean negativas y tenga menos espesor donde las anomalías sean positivas. Esto se ha confirmado en la Tierra; los continentes -y especialmente las grandes cordilleras- presentan raíces que profundizan en el manto, mientras que en los fondos oceánicos, la discontinuidad de Mohorovicic, el límite entre corteza y manto, está más cerca de la superficie. En el caso de Marte, el video es ilustrativo.

Y volviendo al mapa de la variación de los valores de la anomalía de Bouguer de Marte, ¿dónde será más gruesa la corteza, en la cuenca Hellas o en las zonas circundantes? ¿Y cómo será en la región de Tarsis, donde se encuentran los tres grandes volcanes alineados de Marte? Comprueba tus resultados en el mapa de abajo.

Espesor de la corteza de Marte estimado a partir de los estudios de gravedad (https://svs.gsfc.nasa.gov/4436).

Como vemos, la geología nos da alegrías. Llevando nuestros conceptos de la Tierra a Marte podemos sacar conclusiones muy interesantes. Es ahora momento de hacer una valoración de lo comentado en esta entrada y de compartir nuestras conclusiones en el apartado de comentarios.