Elaborazione di dati a bassa frequenza e caratteristiche del radar penetrante del rover Tianwen-1 su Marte

Perché cercare sotto la superficie di Marte è importante

Per decenni gli scienziati si sono chiesti se Marte abbia ospitato un tempo un oceano settentrionale. Le tracce di quella antica linea costiera, se esistita, sono ora sepolte sotto polvere e rocce. Il rover Zhurong della Cina, parte della missione Tianwen-1, porta a bordo un radar penetrante a bassa frequenza in grado di “vedere” fino a circa 100 metri sotto la superficie marziana. Questo articolo spiega come i ricercatori hanno attentamente ripulito e analizzato quei dati radar e cosa hanno trovato: strati sepolti inclinati che somigliano molto a depositi costieri, offrendo nuovi indizi su un mare marziano scomparso.

La divisione nascosta di Marte

Marte è diviso in due mondi molto diversi. La metà meridionale è elevata, irregolare e scalfita da antichi crateri. La metà settentrionale è più bassa, più uniforme e comprende una vasta regione chiamata Utopia Planitia. Molte forme del terreno lungo il confine tra queste regioni — valli, delta e bacini lacustri — suggeriscono che l’acqua scorreva una volta verso le pianure settentrionali, possibilmente formando un oceano che ricopriva circa un terzo del pianeta. In Utopia Planitia oggi, forme strane come depressioni a conchiglia e motivi poligonali suggeriscono la presenza di ghiaccio sepolto, ma la storia dettagliata di questo presunto oceano è rimasta elusiva perché gli indizi cruciali si trovano sotto la superficie.

Un rover che ascolta il sottosuolo

Il rover Zhurong è atterrato nel settore meridionale di Utopia Planitia nel maggio 2021 e ha iniziato a percorrere la superficie una settimana dopo. Montato sul telaio c’è un sistema radar a due canali chiamato Mars Rover Penetrating Radar, o RoPeR. Un canale usa frequenze più alte per mappare caratteristiche poco profonde con grande dettaglio; l’altro, oggetto di questo studio, impiega frequenze più basse tra 15 e 95 megahertz per raggiungere profondità dell’ordine di 100 metri. Mentre il rover percorreva quasi due chilometri, il radar a bassa frequenza ha inviato impulsi ripetuti nel terreno e ha registrato gli echi, costruendo un profilo continuo degli strati nascosti sotto il suo percorso.

Ripulire un’immagine sotterranea rumorosa

I dati radar grezzi di un rover in movimento sono disordinati. Gli echi rimbalzano non solo dagli strati sotterranei ma anche dal corpo del rover e dalla superficie immediatamente sotto di esso, e la sincronizzazione del radar può variare leggermente da traccia a traccia. Il team ha innanzitutto scaricato tutti i dati pubblicamente rilasciati e ha combinato 109 file separati in un unico set di dati coerente. Hanno rimosso impulsi di “autotest” interni privi di informazione geologica, corretto piccole variazioni temporali usando un metodo di correlazione incrociata per allineare le forme d’onda e risemplato una parte dei dati in modo che la distanza tra le misurazioni fosse uniformemente di 25 centimetri lungo il percorso del rover. Poi hanno applicato una serie di passaggi standard — normalizzazione dell’energia, rimozione di offset costanti e segnali di fondo ampi, filtraggio delle frequenze indesiderate, taglio di artefatti in tempi precoci e potenziamento degli echi più profondi — per affinare le vere riflessioni del sottosuolo.

Decidere fino a che profondità arriva il segnale

Una domanda critica è quanto in profondità il radar stia realmente rilevando strutture significative piuttosto che solo rumore. I ricercatori hanno esaminato come la forza media del segnale e la sua variabilità cambiassero con il tempo dopo ogni impulso, che corrisponde alla profondità. Entrambe le misure diminuivano costantemente per poi appiattirsi intorno a un certo ritardo, indicando il punto in cui gli echi significativi si mescolano al rumore di fondo. Hanno concluso che i segnali registrati entro circa 1,5 microsecondi dopo ogni impulso contenevano ancora informazioni geologiche, mentre i segnali successivi erano per lo più rumore. Ciò ha permesso loro di concentrarsi sull’intervallo di profondità che lo strumento poteva effettivamente risolvere.

Svelare strati inclinati sepolti

Dopo aver ripulito i dati, il team ha utilizzato una tecnica chiamata migrazione per riposizionare le riflessioni nelle corrette posizioni sotterranee e convertire i tempi di percorrenza del segnale in profondità, assumendo proprietà elettriche ragionevoli per il suolo marziano. Hanno quindi corretto l’immagine radar per sottili variazioni di quota della superficie usando i dati di elevazione della telecamera di navigazione di Zhurong, in modo che gli strati sotterranei potessero essere confrontati in modo omogeneo lungo tutta la traccia. I radargrammi finali mostrano una serie di riflettori distinti — bande luminose e curve — che inclinano verso le pianure settentrionali tra circa 10 e 35 metri sotto la superficie. I ricercatori hanno misurato posizione, profondità e angolo di inclinazione di 76 di queste strutture e hanno riscontrato che i loro angoli e l’organizzazione corrispondono al tipo di letti foreset inclinati tipicamente formati dove i sedimenti si accumulano lungo una linea di riva.

Cosa significa per il mare perduto di Marte

Per rendere il loro lavoro ampiamente utile, gli autori hanno reso pubblici non solo i profili radar grezzi e processati ma anche il codice di elaborazione e le misurazioni di tutti i 76 riflettori inclinati. Confronti indipendenti con studi precedenti mostrano che il loro approccio migliora la chiarezza delle strutture poco profonde senza introdurre artefatti evidenti. Per i non specialisti, la conclusione principale è che, ascoltando con cura i deboli echi sotto la superficie di Marte, gli scienziati stanno ora mappando ciò che sembra essere depositi costieri antichi in Utopia Planitia. Questi strati inclinati sepolti rafforzano l’idea che un grande corpo d’acqua abbia riempito un tempo le pianure settentrionali di Marte — e che la sua linea di costa, pur scomparsa alla vista, sia ancora tracciata nel sottosuolo.

Citazione: Li, J., Chen, Z., Meng, X. et al. Low-Frequency Data Processing and Characteristics of Tianwen-1 Mars Rover Penetrating Radar. Sci Data 13, 674 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07034-4

Parole chiave: oceano marziano, radar ground-penetrating, Utopia Planitia, rover Zhurong, subsuolo marziano