Tres orbitadores de Marte aportan datos sobre la pérdida del agua en el Planeta rojo

Al combinar las observaciones de tres naves espaciales que orbitan Marte, los científicos pudieron demostrar que las tormentas de polvo regionales juegan un papel muy importante en la sequedad del Planeta Rojo.

Las tormentas de polvo calientan las zonas más altas de la fría atmósfera marciana, evitando que el vapor de agua se congele y permitiendo que alcance mayor altura. En los tramos superiores de Marte, donde la atmósfera es escasa, las moléculas de agua quedan vulnerables a la radiación ultravioleta, que las descompone en sus componentes más ligeros de hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno, que es el elemento más ligero, se pierde fácilmente en el espacio, y el oxígeno se escapa o vuelve a la superficie.

“Todo lo que tienes que hacer para perder agua de forma continua es perder un átomo de hidrógeno, porque entonces el hidrógeno y el oxígeno no pueden recombinarse en agua”, dijo Michael S. Chaffin, investigador del Laboratory for Atmospheric and Space Physics de la Universidad de Colorado, en Boulder. “Entonces, cuando se pierde un átomo de hidrógeno, definitivamente se pierde una molécula de agua”.

Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que Marte, una vez cálido y húmedo como la Tierra, ha perdido la mayor parte de su agua en gran parte a través de este proceso, pero no se dieron cuenta del impacto significativo de las tormentas de polvo regionales, que ocurren casi todos los veranos del hemisferio sur del planeta. Se pensaba que las tormentas de polvo que tienen lugar cada tres o cuatro años marcianos, eran las principales culpables, junto con los calurosos meses de verano del hemisferio sur.

Pero la atmósfera marciana también se calienta durante tormentas de polvo regionales más pequeñas, según un nuevo artículo publicado el 16 de agosto en la revista Nature Astronomy. Los investigadores, un equipo internacional dirigido por Chaffin, encontraron que Marte pierde el doble de agua durante una tormenta regional que durante una temporada de verano en el sur sin tormentas regionales. “Este documento nos ayuda a retroceder virtualmente en el tiempo y decir: ‘Está bien, ahora conocemos otra forma de perder agua que nos ayudará a relacionar la poca cantidad de agua que tenemos hoy en Marte, con la enorme cantidad de agua que teníamos en el pasado”, dijo Gerónimo Villanueva, un experto en agua marciana del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, y coautor del artículo de Chaffin.

La nube amarillo-blanca en la parte inferior central de esta imagen es una “torre de polvo” de Marte, una nube concentrada de polvo que puede elevarse a decenas de kilómetros sobre la superficie. Las plumas azul-blancas son nubes de vapor de agua. El monte Olimpo, el volcán más alto del sistema solar, es visible en la esquina superior izquierda y Valles Marineris se ve en la parte inferior derecha. La imagen se tomó el 30 de noviembre de 2010 por el Mars Color Imager del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA.
Créditos: NASA/JPL-Caltech/MSSS.

Dado que el agua es uno de los ingredientes clave para la vida tal como la conocemos, los científicos están tratando de comprender cuánto tiempo fluyó en Marte y cómo se perdió.

Hace miles de millones de años, Marte tenía mucha más agua que en la actualidad. Lo que queda está congelada en los polos o encerrada en la corteza. Si el agua que queda en Marte estuviera en estado líquido, podría llenar un océano global de hasta 30 metros de profundidad, según predicen algunos científicos.

Aunque científicos como Chaffin tenían muchas ideas sobre lo que le estaba sucediendo al agua en Marte, carecían de las medidas necesarias para completar la teoría. Luego, una rara convergencia de las órbitas de las naves espaciales durante una tormenta de polvo regional entre enero y febrero de 2019 permitió a los científicos recopilar observaciones sin precedentes.

El Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA midió la temperatura, el polvo y las concentraciones de hielo de agua desde la superficie hasta aproximadamente 100 kilómetros por encima de ella. Mirando dentro del mismo rango de altitud, el Trace Gas Orbiter de la ESA (Agencia Espacial Europea) midió la concentración de vapor de agua y hielo. Y la nave espacial Mars Atmosphere and Vollatile EvolutioN, o MAVEN, de la NASA, coronó las mediciones aportando información de la cantidad de hidrógeno, que habría desprendido las moléculas de H2O, en los tramos más altos de Marte, a más de 1.000 kilómetros, sobre la superficie.

Era la primera vez que tantas misiones se centraban en un solo evento, dijo Chaffin: “Realmente hemos captado todo el sistema en acción”. Los datos recopilados de cuatro instrumentos en las tres naves espaciales pintan una imagen clara del papel de una tormenta de polvo regional en el escape de agua marciana, informan los científicos. “Todos los instrumentos deberían contar la misma historia, y lo hacen”, dijo Villanueva, miembro del equipo científico de Trace Gas Orbiter.

Este gráfico resume los datos recopilados de tres orbitadores durante una tormenta de polvo regional en Marte, de enero a febrero de 2019. De abajo hacia arriba: el panel inferior muestra la acumulación de polvo en la atmósfera sobre una región de Marte; un marrón más oscuro indica una densidad más alta.
El panel del medio muestra un correspondiente aumento de temperatura en la atmósfera, que se extiende a unos 50 kilómetros sobre la superficie; cuanto más brillante es el color, mayor es la temperatura.
El panel superior muestra que a medida que aumenta la densidad del polvo, se calienta la atmósfera; el hielo, indicado con blanco, desaparece de la región porque el vapor de agua ya no puede congelarse.
El siguiente panel muestra tres observaciones de la región del volcán Tharsis antes (izquierda), durante (medio) y después (derecha) de la tormenta de polvo. Se ven nubes de hielo blanco cubriendo los volcanes Tharsis antes y después de la tormenta de polvo, pero no durante ella. El penúltimo panel de la parte superior muestra el aumento de la densidad del agua en las altitudes más altas durante la tormenta de polvo.
En el panel superior, se ve un brillo correspondiente al hidrógeno (azul claro) en altitudes de hasta 1.000 kilómetros sobre la superficie.
Créditos: Michael S. Chaffin.

Los espectrómetros del orbitador europeo detectaron vapor de agua en la atmósfera inferior antes de que comenzara la tormenta de polvo. Por lo general, la temperatura de la atmósfera marciana se vuelve más fría con la altura durante gran parte del año marciano, lo que significa que el vapor de agua que se eleva en la atmósfera se congela a altitudes relativamente bajas. Pero a medida que la tormenta de polvo comenzó, calentando la atmósfera más arriba, los instrumentos vieron cómo el vapor de agua alcanzaba mayor altitud. Estos instrumentos encontraron 10 veces más agua en la atmósfera media después de que comenzara la tormenta de polvo, lo que coincide precisamente con los datos del radiómetro infrarrojo del Mars Reconnaissance Orbiter.

El radiómetro midió el aumento de temperatura en la atmósfera a medida que el polvo se elevaba por encima de Marte. También vio desaparecer las nubes de hielo de agua, como se esperaba, ya que el hielo ya no podía formarse en la atmósfera inferior más cálida. Las imágenes del espectrógrafo ultravioleta de MAVEN lo confirman; muestran que antes de la tormenta de 2019, se podían ver nubes de hielo sobrevolando los volcanes en la región de Tharsis en Marte. “Pero desaparecieron por completo cuando la tormenta de polvo estaba en pleno apogeo”, dijo Chaffin, y reaparecieron después de que terminó la tormenta de polvo.

A mayores altitudes, se espera que el vapor de agua se descomponga en hidrógeno y oxígeno por la radiación ultravioleta del Sol. De hecho, las observaciones de MAVEN mostraron esto, ya que capturó la atmósfera superior radiante con hidrógeno que aumentó en un 50% durante la tormenta.

Esta investigación fue financiada en parte por la misión MAVEN. El investigador principal de MAVEN tiene su base en el Laboratory for Atmospheric and Space Physics de Boulder de la Universidad de Colorado, y la NASA Goddard administra el proyecto MAVEN. El Mars Reconnaissance Orbiter, que también financió parte de esta investigación, es administrado por el Jet Propulsion Laboratory del Instituto de Tecnología de California para la NASA.

Noticia original (en inglés)

Edición: R. Castro.