¿Podría la superficie de Fobos revelar secretos del pasado marciano?

Fobos según lo observado por el espectrógrafo ultravioleta de imágenes de MAVEN. El naranja muestra la luz del sol del ultravioleta medio (MUV) reflejada desde la superficie de Fobos, exponiendo la forma irregular de la luna y muchos cráteres. El azul muestra la luz ultravioleta lejana detectada a 121,6 nm, que se dispersa del hidrógeno en la atmósfera superior extendida de Marte. Fobos, observado aquí a una distancia de 300 km, bloquea esta luz, eclipsando el cielo ultravioleta.
Créditos: CU / LASP y NASA.

La luna marciana Fobos orbita a través de una corriente de átomos cargados y moléculas que fluyen hacia el exterior de la atmósfera del planeta rojo, según muestra una nueva investigación.

Muchas de estas partículas cargadas, o iones, de oxígeno, carbono, nitrógeno y argón, han estado escapando de Marte durante miles de millones de años a medida que el planeta se deshacía de su atmósfera. Algunos iones, predicen los científicos, se han estrellado contra la superficie de Fobos y podrían conservarse en su capa superior, según un artículo publicado hoy, 1 de febrero en la revista Nature Geoscience.

Esto significa que si el suelo de Fobos se analizara en laboratorios en la Tierra, podría revelar información clave sobre la evolución de la atmósfera marciana. Marte tuvo una vez una atmósfera lo suficientemente espesa como para soportar agua líquida en su superficie; hoy, es menos del 1% de la densidad de la de la Tierra.

“Sabíamos que Marte perdió su atmósfera en el espacio, y ahora sabemos que parte de ella terminó en Fobos”, dijo Quentin Nénon, investigador del Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de California, Berkeley, y autor principal del estudio.

Una imagen de Fobos del 23 de marzo de 2008, tomada por la cámara del Experimento Científico de Imágenes de Alta Resolución del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.
Créditos: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona.

Fobos es una de las dos lunas de Marte (la otra se llama Deimos). Orbita íntimamente cerca del Planeta Rojo, unas 60 veces más cerca de lo que la Luna orbita la Tierra, distancia aproximadamente medida de superficie a superficie.

Deforme, marcado por cráteres y 100 veces más pequeño en diámetro que la luna de la Tierra, Fobos es fuente de gran controversia entre los científicos. El misterio es ¿de dónde vinieron Fobos y Deimos? ¿Son asteroides que fueron capturados por la gravedad marciana o satélites naturales de Marte que fueron generados por la misma nube que creó el planeta? También es posible que se formaran a partir de los escombros que se arrojaron cuando Marte chocó con algo, similar a cómo se cree que se formó nuestra Luna después de que la Tierra chocó con un objeto rocoso.

Para ayudar a resolver el debate, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón se está preparando para enviar la sonda Martian Moons Exploration (MMX) a Fobos en 2024 para recolectar las primeras muestras de su superficie y entregarlas a la Tierra. Pero esas muestras, señaló Nénon, podrían revelar mucho más que el origen de Fobos si MMX aterrizara en el lado que siempre mira hacia Marte.

Fobos está bloqueada en Marte por mareas, como la luna de la Tierra está bloqueada en nuestro planeta, por lo que siempre muestra solo un lado al planeta. Como resultado, las rocas del lado cercano de Fobos han estado bañadas durante milenios por átomos y moléculas marcianas. La investigación de Nénon muestra que la capa superficial más alta del lado cercano de Fobos ha sido sometida de 20 a 100 veces más iones marcianos rebeldes que su lado lejano.

“Con una muestra del lado cercano”, dijo Nénon, “pudimos ver un archivo de la atmósfera pasada de Marte en las capas poco profundas de rocas, mientras que en zonas más profundas pudimos ver la composición primitiva de Fobos”.

El equipo de Nénon analizó datos de la nave espacial Mars Atmosphere y Volatile EvolutioN, o MAVEN, de la NASA para llegar a esta conclusión. MAVEN ha estado recopilando datos de la órbita de Marte durante más de seis años para ayudar a los científicos a descubrir cómo Marte perdió su atmósfera y para proporcionar otros conocimientos científicos importantes sobre la evolución del clima del planeta. Dado que la nave espacial cruzó la órbita de Fobos unas cinco veces cada día terrestre mientras giraba alrededor de Marte durante su misión principal, Nénon y sus colegas pensaron que podrían usar las mediciones MAVEN para aprender algo sobre Fobos, especialmente porque es el objetivo de la próxima misión MMX.

Esta visualización muestra el cambio de órbita de la nave espacial MAVEN durante su misión principal a medida que avanzaba desde la órbita de entrada inicial, altamente elíptica, a una órbita algo menos elíptica, y finalmente a la órbita científica.
Créditos: Estudio de visualización científica de la NASA.

Se basaron en el instrumento de composición de iones térmicos y supratérmicos de MAVEN, o STATIC, para medir los iones marcianos en la órbita de Fobos. STATIC mide la energía cinética y la velocidad de las partículas entrantes. Esto permite a los científicos calcular su masa. Basado en las diferentes masas de iones medidas, STATIC determinó qué partículas provenían de Marte en lugar de provenir del Sol. El Sol también emite iones que destruyen la atmósfera, aunque predominantemente de masa mucho menor. Después, los científicos estimaron cuántos iones podrían llegar a la superficie de Phobos y a qué profundidad serían implantados (no más de varios cientos de nanómetros, que es aproximadamente 250 veces más superficial que el ancho de un cabello humano).

“Lo que ha hecho Quentin es tomar las investigaciones que hemos hecho en la Luna y en otras lunas del sistema solar y aplicar los mismos métodos a Fobos por primera vez”, dijo Andrew Poppe, científico investigador asociado en el Laboratorio de Ciencias Espaciales y co-autor del artículo de Phobos.

De hecho, estudiar las lunas para aprender más sobre sus planetas es una práctica común. La luna de la Tierra, por ejemplo, sin atmósfera, viento o agua que despoje su superficie de pistas antiguas, es considerada por los científicos como el archivo mejor conservado que tenemos del sistema solar primitivo.

“Lo que hemos visto en las muestras de Apolo es que la Luna ha estado registrando pacientemente átomos individuales provenientes del Sol y de la Tierra”, dijo Poppe. “Es un récord histórico realmente genial”.

Los científicos esperan que más muestras de la superficie de la Luna nos informen sobre la atmósfera antigua de la Tierra o el campo magnético temprano. Poppe, cuyos colegas de Berkeley diseñaron y construyeron el instrumento STATIC, dijo que se preguntaba si la superficie de Fobos podría revelar información sobre el Marte temprano, cuando el planeta parece haber estado cálido y húmedo.

Entonces, cuando se encontró, hace varios años, sin servicio de Internet en el laboratorio, “me vi obligado a hablar con mis colegas mientras tomaba un café porque no teníamos nada mejor que hacer”, dijo Poppe. Les preguntó si Fobos podría estar sujeto a iones marcianos como la luna de la Tierra a menudo está sujeta a partículas provenientes de la Tierra. “¿Ven alguna evidencia de esto?” preguntó.

Nadie había investigado esto, así que Poppe hizo un modelo por ordenador que indicó que estaba en vías de encontrar algo. Cuando Nénon se unió al Laboratorio de Ciencias Espaciales en 2019, se ofreció a analizar minuciosamente los datos de MAVEN para averiguar si el modelo de Poppe era correcto. Resulta que sí. “Así que, con suerte, este hallazgo tendrá un impacto en las actividades científicas de la misión MMX”, dijo Nénon.

Esta investigación fue financiada parcialmente por la misión MAVEN. El investigador principal de MAVEN tiene su base en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado Boulder, y la NASA Goddard administra el proyecto MAVEN.

Esta investigación también fue financiada parcialmente por equipos afiliados al Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar de la NASA, incluido el proyecto Lunar Environment and Dynamics for Exploration Research, dirigido por la científica planetaria Goddard de la NASA Rosemary M. Killen, y Dynamic Response of the Environments at Asteroids, the Moon, and moons of Mars, dirigidas por el científico planetario de Goddard William M. Farrell.