La misión MAVEN de la NASA revela nuevos datos del agua en la atmósfera de Marte
Marte alguna vez tuvo océanos, pero ahora está completamente seco, lo que hace que muchos se pregunten cómo se perdió el agua. Investigadores de la Universidad de Arizona han descubierto una cantidad sorprendentemente grande de agua en la atmósfera superior de Marte, donde se destruye rápidamente, lo que explica parte de este misterio marciano.
Shane Stone, estudiante de posgrado en el Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona y autor principal de un nuevo artículo publicado hoy en Science, se describe a sí mismo como un químico planetario. Una vez fue un químico de laboratorio que ayudó a desarrollar polímeros que podrían usarse para envolver y administrar medicamentos terapéuticos de manera más eficiente, ahora estudia la química de las atmósferas planetarias.
Desde 2014, ha trabajado en la misión MAVEN de la NASA, abreviatura de Mars Atmosphere y Volatile EvolutioN. La nave espacial MAVEN comenzó a orbitar Marte en 2014 y desde entonces ha estado registrando la composición de la atmósfera superior del vecino planeta de la Tierra.
"Sabemos que hace miles de millones de años, había agua líquida en la superficie de Marte", dijo Stone. "Debe haber habido una atmósfera más densa, por lo que sabemos que Marte de alguna manera perdió la mayor parte de su atmósfera en el espacio. MAVEN está tratando de caracterizar los procesos responsables de esta pérdida, y una parte de eso es comprender exactamente cómo perdió su agua Marte".
Los coautores del estudio incluyen a Roger Yelle, profesor de ciencias planetarias de Arizona y asesor de investigación de Stone, así como a investigadores del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y el Centro de Investigación y Exploración en Ciencia y Tecnología Espaciales en Maryland.
Observando el agua
Cuando MAVEN orbita Marte, se sumerge en la atmósfera del planeta cada 4 horas y media. El instrumento NGIMS a bordo, abreviatura de Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, ha estado midiendo la abundancia de moléculas de agua cargadas llamadas iones en la atmósfera marciana superior, a unas 100 millas de la superficie del planeta. A partir de esta información, los científicos pueden inferir cuánta agua hay en la atmósfera.
Las observaciones pasadas utilizando MAVEN y el telescopio espacial Hubble mostraron que la pérdida de agua de la atmósfera superior marciana varía con las estaciones. En comparación con la Tierra, Marte toma un camino de forma más ovalada alrededor del Sol y está más cerca de él durante el verano en el hemisferio sur marciano.
Stone y su equipo descubrieron que cuando Marte está más cerca del Sol, el planeta se calienta y más agua, que se encuentra en la superficie en forma de hielo, se mueve desde la superficie a la atmósfera superior, donde se pierde en el espacio. Esto sucede una vez cada año marciano o aproximadamente cada dos años terrestres. Las tormentas de polvo regionales que ocurren en Marte cada año marciano y las tormentas de polvo globales que ocurren en todo el planeta aproximadamente una vez cada 10 años provocan un mayor calentamiento de la atmósfera y un aumento en el movimiento ascendente del agua.
Imagen: Comparar las atmósferas de la Tierra y Marte podría ayudar a los científicos a determinar las posibilidades de que haya agua líquida.
Los procesos que hacen posible este movimiento cíclico contradicen la imagen clásica del escape de agua de Marte, mostrando que es incompleta, dijo Stone. Según el proceso clásico, el hielo de agua se convierte en gas y es destruido por los rayos del sol en la atmósfera inferior. Este proceso, sin embargo, se desarrollaría como un lento y constante goteo, que no se ve afectado por las estaciones ni por las tormentas de polvo, que no encaja con las observaciones actuales.
"Esto es importante porque no esperábamos ver agua en la atmósfera superior de Marte", dijo Stone. "Si comparamos Marte con la Tierra, el agua en la Tierra está confinada cerca de la superficie debido a algo llamado higropausa. Es solo una capa en la atmósfera que es lo suficientemente fría como para condensar (y por lo tanto detener) cualquier vapor de agua que viaje hacia arriba".
El equipo argumenta que el agua se mueve más allá de lo que debería ser la higropausa de Marte, que probablemente esté demasiado caliente para detener el vapor de agua. Una vez en la atmósfera superior, los iones descomponen las moléculas de agua muy rápidamente (calculan en cuatro horas) y los subproductos se pierden en el espacio.
"La pérdida de su atmósfera y agua al espacio es una de las principales razones por las que Marte es frío y seco en comparación con la Tierra cálida y húmeda. Estos nuevos datos de MAVEN revelan un proceso por el cual esta pérdida todavía ocurre hoy", dijo Stone.
Un mundo seco y polvoriento
Cuando el equipo extrapoló sus hallazgos a mil millones de años atrás, encontraron que este proceso puede explicar la pérdida de un océano global de unas 17 pulgadas de profundidad. "Si tomamos agua y la esparcimos uniformemente sobre toda la superficie de Marte, ese océano de agua perdido en el espacio debido al nuevo proceso que describimos tendría más de 17 pulgadas de profundidad", dijo Stone. "Se perderían 6.7 pulgadas adicionales debido únicamente a los efectos de las tormentas de polvo globales".
Vídeo: Los globos giratorios del 28 de mayo y el 1 de julio muestran una tormenta de polvo global que oscurece por completo la superficie de Marte.
Durante las tormentas de polvo globales, se puede transportar 20 veces más agua a la atmósfera superior. Por ejemplo, una tormenta de polvo global que dura 45 días libera al espacio la misma cantidad de agua que Marte perdería durante un año marciano en calma, o 687 días terrestres.
Y aunque Stone y su equipo no pueden extrapolar más allá de mil millones de años, cree que este proceso probablemente no funcionó igual antes de eso, porque Marte podría haber tenido una higropausia más fuerte hace mucho tiempo.
"Antes de que comenzara a operar el proceso que describimos, ya debe haber habido una cantidad significativa de escape atmosférico al espacio", dijo Stone. "Todavía tenemos que precisar el impacto de este proceso y cuándo comenzó a operar".
En el futuro, a Stone le gustaría estudiar la atmósfera de Titán, la luna de Saturno.
"Titán tiene una atmósfera interesante en la que la química orgánica juega un importante papel", dijo Stone. "Como ex químico orgánico sintético, estoy ansioso por investigar estos procesos".
La investigación se ha publicado en Science: Hydrogen escape from Mars is driven by seasonal and dust storm transport of water
