Tra il 4 e il 6 luglio 2019, una sequenza di potenti terremoti ha rimbombato vicino a Ridgecrest, in California, innescando più di 10.000 scosse di assestamento nell'arco di sei settimane. Lo sciame sismico ha offerto un'opportunità ai ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA e della Caltech che hanno spedito nel cielo gli strumenti necessari a rilevare il primo terremoto naturale da un pallone sonda. Il loro obiettivo era testare la tecnologia per future applicazioni su Venere, dove palloni dotati di strumenti scientifici potrebbero galleggiare sopra la superficie estremamente inospitale del pianeta.

L'esperimento ha avuto successo ed il 22 luglio i barometri altamente sensibili (strumenti che misurano le variazioni della pressione atmosferica) su uno dei palloni hanno rilevato le onde sonore a bassa frequenza causate da una scossa di assestamento al suolo. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Geophysical Research Letters.

Rumori planetari

Approssimativamente delle dimensioni della Terra, si pensa che Venere sia stata un tempo più ospitale prima di evolversi in modo molto diverso dal nostro mondo abitabile. Gli scienziati non sono sicuri del perché sia successo. Studiare come le onde sismiche rimbalzano sotto la superficie è uno dei modi migliori per studiare l'interno del pianeta.

Analizzando la forza e la velocità delle onde prodotte da un terremoto o da un'esplosione, i sismologi possono determinare il carattere degli strati rocciosi sotto la superficie e persino i serbatoi di liquidi, come petrolio o acqua. Queste misurazioni possono essere utilizzate anche per rilevare l'attività vulcanica e tettonica.
"Gran parte della nostra comprensione dell'interno della Terra, come si raffredda e la sua relazione con la superficie dove risiede la vita, deriva dall'analisi delle onde sismiche che attraversano regioni profonde come il nucleo interno della Terra", ha detto Jennifer M. Jackson, della Caltech e coautrice dello studio. “Decine di migliaia di sismometri terrestri popolano reti di rilevamento permanenti, consentendo questa possibilità sulla Terra. Non abbiamo questo lusso su altri corpi planetari, in particolare su Venere. Le osservazioni dell'attività sismica rafforzerebbero la nostra comprensione dei pianeti rocciosi, ma l'ambiente estremo di Venere ci richiede di studiare nuove tecniche di rilevamento".

JPL e Caltech hanno sviluppato questa tecnica sismologica basata su pallone dal 2016. Poiché le onde sismiche producono onde sonore, le informazioni vengono passate dal sottosuolo nell'atmosfera

I terremoti di Ridgecrest

Durante le scosse di assestamento successive alla sequenza del terremoto di Ridgecrest del 2019, Attila Komjathy del JPL e i suoi colleghi hanno guidato la campagna rilasciando due palloncini.
In base al progetto sviluppato dal coautore dello studio Daniel Bowman dei Sandia National Laboratories di Albuquerque, nel New Mexico, questi salgono ad altitudini di circa 18 - 24 chilometri quando riscaldati dal Sole e ritornano al suolo al crepuscolo. Mentre vanno alla deriva, i barometri a bordo misurano i cambiamenti nella pressione dell'aria nella regione proprio quando le deboli vibrazioni acustiche delle scosse di assestamento viaggiano nell'aria.

"Cercare di rilevare i terremoti naturali dai palloncini è una sfida, e quando guardi per la prima volta i dati, puoi sentirti deluso, poiché la maggior parte dei terremoti di bassa magnitudo non produce forti onde sonore nell'atmosfera", ha affermato Quentin Brissaud, un sismologo del Caltech's Seismological Laboratory e della Norwegian Seismic Array (NORSAR) di Oslo, Norvegia: "Viene rilevato ogni tipo di rumore ambientale; anche i palloni stessi generano rumore".

Durante i test precedenti, i ricercatori avevano rilevato i segnali acustici delle onde sismiche generate da un martello sismico (una massa pesante che viene fatta cadere a terra), nonché esplosioni artificiali innescate sul terreno sotto i palloncini legati. Ma la vera sfida era rilevare un terremoto naturale che, tra l'altro, nessuno può sapere dove si verificherà. Il 22 luglio hanno avuto un colpo di fortuna: i sismometri terrestri hanno registrato una scossa di assestamento di magnitudo 4.2 a quasi 80 chilometri di distanza. Circa 32 secondi dopo, un pallone ha rilevato una vibrazione acustica a bassa frequenza, infrasuoni non udibili dall'orecchio umano, che lo ha investito mentre saliva a un'altitudine di quasi 4,8 chilometri. Attraverso analisi e confronti con modelli e simulazioni al computer, i ricercatori hanno confermato di aver rilevato, per la prima volta, un terremoto naturale con un pallone sonda.

Ora, i ricercatori continueranno a far volare i palloni su regioni sismicamente attive per acquisire maggiore familiarità con le firme degli infrasuoni associate a questi eventi. Aggiungendo diversi barometri allo stesso pallone e facendo volare più palloni contemporaneamente, sperano di individuare dove si verifica un terremoto senza bisogno di conferme dalle stazioni di terra.

Dalla California a Venere

L'invio di palloncini su Venere si è già dimostrato fattibile. I due palloni della missione Vega dispiegati nel 1985 dai sovietici hanno trasmesso dati per oltre 46 ore. Ora questo studio dimostra che esperimenti analoghi potranno essere utilizzati per rilevare terremoti sul pianeta. Poiché l'atmosfera di Venere è molto più densa di quella terrestre, c'è da aspettarsi che le onde sonore viaggino in modo molto più efficiente.

"Si calcola che l'accoppiamento acustico dei terremoti nell'atmosfera sia 60 volte più forte su Venere che sulla Terra, il che significa che dovrebbe essere più facile rilevare i terremoti provenienti dagli strati freddi dell'atmosfera di Venere tra 50 e 60 chilometri di altitudine", ha affermato il tecnologo del JPL Siddharth Krishnamoorthy, ricercatore principale nell'analisi dei dati. “Dovremmo essere in grado di rilevare venusquakes, processi vulcanici ed eventi di degassamento caratterizzando i livelli di attività”.
"Se andiamo alla deriva su un punto caldo, o su quello che sembra un vulcano dall'orbita, il pallone sarebbe in grado di ascoltare gli indizi acustici per capire se si comporta davvero come un vulcano terrestre", ha aggiunto.

Mentre il team di Venus Balloon continua a esplorare queste possibilità, i colleghi della NASA andranno avanti con le due missioni che l'Agenzia ha recentemente selezionato per andare su Venere tra il 2028 e il 2030: VERITAS e DAVINCI+. Mentre l'ESA procederà con EnVision.