Un globo de la NASA detecta un terremoto en California. ¿Próxima parada: Venus?

Cuatro globos “heliotropos” volaron cerca de Ridgecrest, California, después de que una serie de terremotos sacudieron la región en julio de 2019. Al colocar barómetros en los globos, los investigadores de JPL y Caltech esperaban detectar el sonido de una de las réplicas. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

La técnica se está desarrollando para detectar “venusmotos”. Un nuevo estudio detalla cómo, en 2019, tuvo lugar la primera detección de un terremoto a través de un globo mucho más cerca de casa.

Entre el 4 y el 6 de julio de 2019, una secuencia de poderosos terremotos retumbó cerca de Ridgecrest, California, provocando más de 10.000 réplicas durante un período de seis semanas. Al ver una oportunidad, los investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA y Caltech volaron instrumentos conectados a globos de gran altitud sobre la región con la esperanza de hacer la primera detección de un terremoto que ocurre de forma natural. Su objetivo: probar la tecnología para aplicaciones futuras en Venus, donde globos equipados con instrumentos científicos podrían flotar sobre la superficie extremadamente inhóspita del planeta.
Y lo consiguieron. El 22 de julio, barómetros de alta sensibilidad (instrumentos que miden los cambios en la presión del aire) en uno de los globos detectaron las ondas sonoras de baja frecuencia causadas por una réplica en el suelo.

En su nuevo estudio, publicado el 20 de junio en Geophysical Research Letters, el equipo detrás de los globos describe cómo una técnica similar podría ayudar a revelar los misterios más íntimos de Venus, donde las temperaturas de la superficie son lo suficientemente altas como para derretir el plomo y las presiones atmosféricas son lo suficientemente altas como para aplastar un submarino.

Cuando los calienta el Sol, estos globos se elevan a la atmósfera; al anochecer descienden. Las ondas acústicas de baja frecuencia generadas por una réplica fueron registradas por uno de los globos mientras ascendía durante un vuelo el 22 de julio de 2019. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Zumbidos planetarios

Aproximadamente del tamaño de la Tierra, se cree que Venus alguna vez fue más hospitalario antes de evolucionar hacia un lugar que es notablemente diferente de nuestro mundo habitable. Los científicos no están seguros de por qué sucedió esto.

Una forma clave de entender cómo evolucionó un planeta rocoso es estudiar qué hay dentro, y una de las mejores maneras de hacerlo es medir las ondas sísmicas que rebotan debajo de su superficie. En la Tierra, diferentes materiales y estructuras refractan estas ondas subterráneas de distintas maneras. Al estudiar la fuerza y la velocidad de las ondas producidas por un terremoto o una explosión, los sismólogos pueden determinar el carácter de las capas rocosas debajo de la superficie e incluso identificar depósitos de líquido, como petróleo o agua. Estas mediciones también se pueden utilizar para detectar actividad volcánica y tectónica.

Los investigadores de JPL y Caltech continuarán volando los globos sobre regiones sísmicamente activas para comprender mejor el infrasonido que generan los terremotos en la Tierra, por lo que la técnica podría aplicarse algún día durante una misión a Venus. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

“Gran parte de nuestro conocimiento sobre el interior de la Tierra, cómo se enfría y su relación con la superficie donde reside la vida, proviene del análisis de ondas sísmicas que atraviesan regiones tan profundas como el núcleo interno de la Tierra”, dijo Jennifer M. Jackson, la profesora del William E Leonhard, de Física Mineral, en el Laboratorio Sismológico de Caltech y coautora del estudio. “Decenas de miles de sismómetros terrestres pueblan redes espacialmente densas o permanentes, lo que permite esta posibilidad en la Tierra. No tenemos este lujo en otros cuerpos planetarios, particularmente en Venus. Las observaciones de la actividad sísmica allí fortalecerían nuestra comprensión de los planetas rocosos, pero el entorno extremo de Venus requiere que investiguemos técnicas de detección novedosas”.

JPL y Caltech han estado desarrollando esta técnica de sismología basada en globos desde 2016. Debido a que las ondas sísmicas producen ondas sonoras, la información se traduce desde el subsuelo a la atmósfera. Luego, se puede recopilar ciencia valiosa al estudiar las ondas sonoras del aire de una manera similar a la que los sismólogos estudiarían las ondas sísmicas del suelo.

Si esto pudiera lograrse en Venus, los científicos habrían encontrado una manera de estudiar el enigmático interior del planeta sin tener que colocar ningún hardware en su superficie extrema.

Los terremotos de Ridgecrest

Durante las réplicas que siguieron a la secuencia del terremoto de Ridgecrest de 2019, Attila Komjathy, de JPL, y sus colegas lideraron la campaña lanzando dos globos de “heliotropo”. Basado en un diseño desarrollado por el coautor del estudio Daniel Bowman de Sandia National Laboratories en Albuquerque, Nuevo México, los globos se elevan a altitudes de 18 a 24 kilómetros cuando se calientan con el Sol y regresan al suelo al anochecer. A medida que los globos se desplazaban, los barómetros que transportaban midieron los cambios en la presión del aire sobre la región mientras las débiles vibraciones acústicas de las réplicas viajaban por el aire.

“Tratar de detectar terremotos que ocurren de forma natural desde globos es un desafío, y cuando miras por primera vez los datos, puedes sentirte decepcionado, ya que la mayoría de los terremotos de baja magnitud no producen ondas de sonido fuertes en la atmósfera”, dijo Quentin Brissaud, un sismólogo del Laboratorio Sismológico de Caltech y del Norwegian Seismic Array (NORSAR) en Oslo, Noruega. “Se detecta todo tipo de ruido ambiental; incluso los propios globos generan ruido”.

Durante pruebas anteriores, los investigadores detectaron las señales acústicas de ondas sísmicas generadas por un martillo sísmico (una masa pesada que cae al suelo), así como explosivos detonados en el suelo bajo los globos que estaban atados. Pero, ¿podrían los investigadores hacer lo mismo con globos flotantes en un terremoto natural? El principal desafío, entre otros, era no había garantía de que ocurriera un terremoto mientras los globos estaban en el aire.

El 22 de julio, tuvieron un golpe de suerte: los sismómetros terrestres registraron una réplica de magnitud 4.2 a casi 80 kilómetros de distancia. Unos 30 segundos después, un globo detectó una vibración acústica de baja frecuencia, un tipo de onda de sonido por debajo del umbral de la audición humana llamada infrasonido, que lo cubrió mientras ascendía a una altitud de casi 5 kilómetros. A través de análisis y comparaciones con modelos y simulaciones por ordenador, los investigadores confirmaron que habían detectado, por primera vez, un terremoto de origen natural a partir de un instrumento transportado por un globo.

“Debido a que existe una red tan densa de estaciones terrestres de sismómetros en el sur de California, pudimos obtener la ‘verdad terrestre’ en cuanto al momento del terremoto y su ubicación”, dijo Brissaud, autor principal del estudio. “La ola que detectamos estaba fuertemente correlacionada con las estaciones terrestres cercanas, y en comparación con los datos modelados, eso nos convenció: habíamos escuchado un terremoto”.

Los investigadores continuarán volando los globos sobre regiones sísmicamente activas para familiarizarse con los infrasonidos asociados con estos eventos. Al añadir varios barómetros al mismo globo y volar varios globos a la vez, esperan señalar dónde ocurre un terremoto sin necesidad de confirmación de las estaciones terrestres.

Uno de los globos de “heliotropo” se está preparando para volar poco después de la secuencia del terremoto de Ridgecrest de 2019. Los globos se lanzaron desde el desierto de Mojave en California y se dejaron volar sobre la región. Créditos: NASA / JPL-Caltech.

De California a Venus

Enviar globos a Venus ya ha demostrado ser factible. Los dos globos de la misión Vega desplegados allí en 1985 por una cooperativa liderada por los soviéticos transmitieron datos durante más de 46 horas. Ninguno llevaba instrumentos para detectar actividad sísmica. Ahora, este estudio demuestra que la técnica para detectar infrasonidos en Venus también puede ser posible. De hecho, debido a que la atmósfera de Venus es mucho más densa que la de la Tierra, las ondas sonoras viajan de manera mucho más eficiente.

“Se calcula que el acoplamiento acústico de los terremotos en la atmósfera es 60 veces más fuerte en Venus que en la Tierra, lo que significa que debería ser más fácil detectar los “venusmotos” de las capas frías de la atmósfera de Venus entre 50 y 60 kilómetros de altitud”, dijo el tecnólogo del JPL Siddharth Krishnamoorthy, investigador principal del análisis. “Deberíamos poder detectar “venusmotos”, procesos volcánicos y eventos de desgasificación mientras caracterizamos los niveles de actividad”.
Lo que más le interesa a Krishnamoorthy sobre los globos voladores en Venus es que los científicos podrían usarlos para desplazarse sobre regiones que parecen estar sísmicamente activas, basándose en observaciones satelitales, y averiguar si realmente lo son. “Si pasamos a la deriva sobre un punto de acceso, o lo que parece un volcán desde la órbita, el globo podría escuchar pistas acústicas para determinar si realmente está actuando como un volcán terrestre”, dijo Krishnamoorthy, quien también fue líder técnico del Campaña de globos Ridgecrest. “De esta manera, los globos podrían proporcionar grandes datos para las mediciones satelitales”.

Mientras el equipo de globos de Venus continúa explorando esas posibilidades, los colegas de la NASA seguirán adelante con dos misiones que la agencia seleccionó recientemente para ir a Venus entre 2028 y 2030: VERITAS estudiará la superficie y el interior del planeta, y DAVINCI + estudiará su atmósfera. La ESA (Agencia Espacial Europea) también ha anunciado su propia misión a Venus, EnVision. Estas misiones ofrecerán nuevas pistas sobre por qué el planeta que alguna vez fue similar a la Tierra se volvió tan inhóspito.

Editado por Carolina Gutiérrez Rama.