Alors que le sismomètre d'InSight attendait patiemment le prochain grand séisme de mars pour illuminer son intérieur et définir sa structure croûte-manteau-noyau, deux scientifiques, Takashi Yoshizaki (Université du Tohoku) et Bill McDonough (Université du Tohoku et Université du Maryland, Parc du Collège), ont construit un nouveau modèle de composition pour Mars. Ils ont utilisé des roches de Mars et des mesures de satellites en orbite pour prédire la profondeur jusqu'à sa limite noyau-manteau, quelque 1, 800 km sous la surface et ont pu suggérer que son noyau contient des quantités modérées de soufre, l'oxygène et l'hydrogène comme éléments légers.

Yoshizaki explique, « Connaître la composition et la structure intérieure des planètes rocheuses nous renseigne sur les conditions de formation, comment et quand le noyau s'est séparé du manteau, et le moment et la quantité de croûte extraite du manteau."

Les premiers astronomes ont utilisé les distances de séparation et les périodes orbitales des planètes et de leurs lunes pour déterminer la taille, masse et densité de ces corps. Les engins spatiaux en orbite d'aujourd'hui fournissent plus de détails sur la forme et la densité d'une planète, mais la distribution de la densité dans son intérieur est restée inconnue. Le profil sismique d'une planète fournit cette information critique. Quand un tremblement de terre secoue une planète, les ondes sonores traversent son intérieur à des vitesses contrôlées par sa composition interne et sa température. De forts contrastes de densité, par exemple, roche contre acier, faire réagir les ondes sonores différemment, révélant la profondeur de la limite noyau-manteau et les détails de la composition probable de ces couches.

A la fin du 19e siècle, les scientifiques ont émis l'hypothèse d'un noyau métallique à l'intérieur de la Terre, mais ce n'est qu'en 1914 que les sismologues ont démontré son existence à une profondeur de 2, 900 km. Les sismologues ont révélé la structure de l'intérieur de la planète, qui permet de localiser les sources et de comprendre la nature des séismes. Les quatre sismomètres lunaires installés par les astronautes d'Apollo ont défini la structure noyau-manteau-croûte de la lune. Mars, la deuxième planète la mieux explorée, a reçu son premier sismomètre de la mission InSight mi-2018.

Des modèles de composition pour une planète sont développés en rassemblant des données de roches de surface, observations physiques et météorites chondritiques, les éléments constitutifs primitifs des planètes. Ces météorites sont des mélanges de roche et de métal, comme les planètes, qui sont composés de solides accrétés de la nébuleuse solaire primitive. Différentes proportions d'oxydes de magnésium, le silicium et le fer et les alliages de fer et de nickel constituent ces solides.

Yoshizaki ajoute, "Nous avons découvert que le noyau de Mars ne représente qu'environ un sixième de sa masse, alors que pour la Terre, c'est un tiers de sa masse." Ces résultats sont cohérents avec Mars ayant plus d'atomes d'oxygène que la Terre, un noyau plus petit, et une surface rouge rouille. Ils ont également trouvé des abondances d'éléments volatils plus élevées sur Mars que sur Terre, par exemple, soufre et potassium, mais moins de ces éléments que dans les météorites chondritiques.

Le sismomètre de la mission InSight de la NASA testera directement ce nouveau modèle de Mars lorsqu'il définira la profondeur jusqu'à la limite noyau-manteau martien. De tels modèles de composition pour Mars et la Terre fournissent des indices sur l'origine et la nature des planètes et les conditions de leur habitabilité.