La sonda MAVEN y la menguante atmósfera de Marte

Marte está perdiendo continuamente su tenue atmósfera por culpa del bombardeo constante de las partículas del viento solar. Si has leído alguna noticia científica estos últimos días, es altamente probable que te hayas encontrado con la frase anterior. No en vano, el equipo de la sonda MAVEN de la NASA ha publicado esta semana varios artículos en las revistas Science y Geophysical Research Letters explicando el proceso de pérdida atmosférica del planeta rojo. Pero, en realidad, no hay ninguna novedad significativa en cuanto al porqué de la pérdida, puesto que desde hace décadas sabemos que el viento solar es el culpable de la erosión de la atmósfera marciana, desprotegida como está al carecer de un campo magnético intenso como ocurre en la Tierra. Lo que no se sabía con precisión es el cómo. Y puesto que un vídeo de Youtube vale más que mil papers, aquí tenemos la siguiente animación en la que se ve la atmósfera marciana siendo ‘despedazada’ por el viento solar:

MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) fue enviada a Marte en noviembre de 2013 precisamente para estudiar la interacción entre el viento solar y la atmósfera de Marte. Llegó al planeta rojo el 21 de septiembre de 2014 y desde entonces está situada en una órbita elíptica de 150 x 6200 kilómetros inclinada 74º, aunque ha reducido su periapsis en varias ocasiones hasta los 125 kilómetros para estudiar mejor las capas altas de la atmósfera. Pero vayamos al grano. MAVEN ha determinado que la masa atmosférica que arranca el viento solar es, como mínimo, de unos 100 gramos por segundo. Puede que no parezca mucho, pero si esperamos unos miles de millones de años el efecto final es más que significativo. También se ha comprobado que el ritmo de escape de gases de la atmósfera marciana se incrementa entre diez y veinte veces durante las tormentas solares acompañadas de eyecciones de masa coronal (CME). Esto significa que cuando el Sol era joven y más activo el ritmo de pérdida de masa atmosférica tuvo que ser mayor.

 

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Densidad y velocidad media de los iones alrededor de Marte (Jakosky et al./NASA).

 

El viento solar está formado principalmente por electrones y núcleos de átomos de hidrógeno y helio que llevan consigo un campo magnético. Este campo magnético del viento solar induce un campo eléctrico en la alta atmósfera marciana que acelera los iones que allí se encuentran (iones que se crean por la acción de la luz ultravioleta del Sol). Como resultado, parte de estos iones son expulsados de la atmósfera marciana para no volver jamás. Al mismo tiempo, los violentos choques de las partículas del viento solar y los iones contra las moléculas neutras de la atmósfera también provoca la expulsión de estas últimas. Los iones escapan del planeta a través de dos zonas principalmente. La primera, denominada ‘cola’, apunta en la dirección contraria al Sol -de ahí su nombre- y se origina por culpa del choque sistemático del viento solar contra la atmósfera marciana. Si imaginamos que el viento solar se comporta como un simple chorro de aire, cabría esperar que todos los iones se escapasen a través de la cola, pero no olvidemos que, a pesar de su nombre, el viento solar es en realidad un plasma formado por partículas cargadas. Por eso la otra zona de escape, conocida como chorro o penacho (plume), es menos intuitiva y apunta hacia el polo norte de la eclíptica, coincidiendo con la dirección perpendicular del campo eléctrico antes mencionado.

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Zonas principales de escape de los iones de la atmósfera marciana: la cola y el ‘chorro’ (NASA).

MAVEN ha determinado por primera vez que, como predecían los modelos teóricos, la mayoría de iones escapan por la ‘cola’, pero también ha medido la contribución del ‘chorro’, que no es en absoluto despreciable y alcanza el 25% de los iones fugados. Por otro lado, la velocidad de las partículas del chorro es significativamente mayor que las velocidades medidas en la cola.

Contribución de la cola y el chorro a los iones que escapan de Marte (NASA).
Contribución de la cola y el chorro a los iones que escapan de Marte (NASA).

Tenemos la certeza de que la atmósfera marciana fue mucho más densa en el pasado, lo que permitió la existencia de masas de agua líquida en la superficie del planeta durante largos periodos de tiempo. Se cree que Marte tuvo un campo magnético global durante los primeros cientos de millones de años de su historia, pero el enfriamiento del núcleo provocó que se parase la dinamo geomagnética y desde entonces la atmósfera sufrió un desgaste significativo por culpa del viento solar además de la ayuda de la baja gravedad del planeta. Hace 3700 millones de años la mayor parte de la atmósfera marciana ya se había perdido al espacio.

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Coronas de carbono atómico (izquierda) y oxígeno atómico alrededor de Marte detectadas por MAVEN (NASA).

Los datos de MAVEN no permiten determinar por el momento si, dejando a un lado las tormentas solares, la desaparición de la atmósfera marciana ha sido progresiva o si ha tenido lugar algún que otro suceso catastrófico, como es el caso de grandes impactos de asteroides y cometas, que haya acelerado dramáticamente el proceso.

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Perfiles de densidad de varios compuestos neutros de la atmósfera marciana medidos por MAVEN (NASA/Mahaffy et al)
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Perfiles de densidad de varios iones de la atmósfera marciana medidos por MAVEN (NASA/Mahaffy et al)

En cualquier caso, conviene dejar claro que MAVEN no es la primera sonda que estudia la interacción entre el viento solar y la atmósfera marciana, aunque sí es primera dedicada íntegramente a esta tarea y la que cuenta con instrumentos más avanzados. Ya a finales de los años 80 el instrumento europeo ASPERA (Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms) a bordo de la sonda soviética Fobos 2 determinó que Marte estaba perdiendo 3·1025 iones de oxígeno O+ por segundo. Del mismo modo, el experimento ASPERA 3 ha estudiado la atmósfera marciana desde la sonda Mars Express de la ESA durante una década. ASPERA 3 determinó en su momento que el ritmo de pérdida de masa atmosférica era de 20 gramos por segundo, una quinta parte de lo detectado por MAVEN y aproximadamente el 1% de lo sugerido por la Fobos 2.

Phobos 2/ASPERA escaping flux density map for heavy planetary ions in the MSE reference frame, folded along the z-axis. The grid is an orthogonal projection of bin-averaged measurements taken between roughly x = − 1 RM and x = − 2.8 RM from edge to center, respectively. The Martian eclipse is represented by a solid red circle and a theoretical MPB crossing, based on the Vignes et al. [2000] model, is shown as a larger dashed red circle. Red arrow shows the direction of the solar wind electric field.
Mapa de densidad de iones expulsados de Marte de acuerdo con los datos del instrumento europeo ASPERA a bordo de la sonda soviética Fobos 2 a finales de los 80 (R. Ramstad et al.).

Resumiendo, pocas sorpresas. Y es que los resultados de MAVEN concuerdan muy bien con los modelos teóricos existentes. Estamos acostumbrados a que las sondas espaciales nos sorprendan constantemente con nuevos descubrimientos y nos revelen facetas del universo que desconocíamos por completo, pero de vez en cuando no viene mal que nos confirmen que vamos por el buen camino.

 

Referencias:

  • http://www.sciencemag.org/content/350/6261/699.2.full
  • http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GL065271/epdf
  • http://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/agu/issue/10.1002/(ISSN)1944-8007(CAT)40thAnniversary(VI)MAVEN1/
  • http://lasp.colorado.edu/home/maven/2015/11/05/maven-reveals-speed-of-solar-wind-stripping-martian-atmosphere/
  • http://www.nasa.gov/press-release/nasa-mission-reveals-speed-of-solar-wind-stripping-martian-atmosphere
  • http://www.colorado.edu/news/releases/2015/11/05/nasa-mission-reveals-speed-solar-wind-stripping-martian-atmosphere
  • http://news.agu.org/press-release/maven-mission-reveals-speed-of-solar-wind-stripping-martian-atmosphere/
  • http://svs.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/details.cgi?aid=4393


28 Comentarios

    1. Buena pregunta e intentare responderla, aunque soy un negado para las matemáticas:

      – Si la atmósfera terrestre pesa 1000 g/cm^2
      – Y la atmósfera marciana es un 0,7% de la terrestre
      – Tenemos 70 g/cm^2 de presión atmosférica en Marte
      – Miramos en wikipedia la superficie de Marte que es 144800000 km^2
      – Que pasamos a cm^2 por aquello de usar las mismas unidades 1,448*10^18 cm^2
      – Calculamos la masa total de la atmósfera 1,0136*10^20 gramos de atmósfera Marciana
      – Lo dividimos por 100gr de la perdida por segundo y nos da 1,0136*10^18 (segundos tardaría en “gastarse”).
      – Lo pasamos a una unidad de tiempo mas practica y nos da……..

      32.000.000.000 años ,, que son tres veces la edad estimada de universo.

      1. Muy buena estimación Robert, al menos nos da una idea de la magnitud del problema… Ademas nos da esperanza de q aquí a q la NASA se ponga de acuerdo en sus prioridades, aun haya atmósfera en Marte cuando el primer ser humano llegue hasta allá (claro exagerando un poquito)

      2. Obviamente la tasa tiene que depender de la densidad de la atmósfera, porque lo contrario significaría que marte nunca tuvo una presión atmosférica similar a la terrestre, lo que implicaría que nunca pudo haber agua líquida en superficie.

        Lo que sería realmente interesante, en mi opinión, es saber cuanto duraría una atmósfera como la terrestre.

        1. ¿Podrías explicar más detalladamente lo de que “lo contrario significaría que marte nunca tuvo una presión atmosférica similar a la terrestre, lo que implicaría que nunca pudo haber agua líquida en superficie”? No logro entenderlo. Gracias

        2. “Lo que sería realmente interesante, en mi opinión, es saber cuanto duraría una atmósfera como la terrestre.”

          En la atmósfera terrestre hay una variable distinta a tomar en cuenta, en cuanto a la duración se refiere. El ser humano.

  1. Pues algún factor más debe haber que provoque la pérdida de atmósfera, porque Venus tiene un campo magnético muy débil y una atmósfera muy densa. Además el campo magnético de la Tierra solo tiene entre 500 y 2000 millones de años, aunque la universidad de Liverpool (publicado en Nature 7/10/2015) ha afinado la horquilla hasta 1000-1500 millones de años y también tenemos una atmósfera apreciable.
    Yo diría que tienen que sumarse la baja gravedad de Marte junto con la velocidad de rotación además del viento solar para conseguir que se pierda la atmósfera.
    Saludos.

    1. En efecto, la gravedad (o, mejor dicho, la velocidad de escape) constituyen un factor clave. En Venus es de 10,36 km/s, en la Tierra 11,18 y en Marte 5,02. Las de Venus y la Tierra hacen muy difícil que un átomo consiga alcanzar la velocidad de escape, sólo átomos muy ligeros (o sea, el hidrógeno y el helio) escapan con cierta facilidad. En Marte escapan incluso átomos más pesados como el oxígeno o el hidrógeno.

  2. Muy buen tema Daniel, tienes razón que a pesar de no sorprender, re confirma los modelos teóricos y es bueno, lo que si tengo en duda, cuanta radiación llega directamente a la superficie, ya que sin campo magnético, esta tiene que ser mayor a la que llega a la tierra.

  3. Interesantisimos los resultados de Maven, podemos soñar con la terraformacion del planeta, tal vez nuestro eterno sueño ha sido convertirla en esa segunda tierra, Nova Terra.

  4. Vamos… que para terraformar Marte en un futuro deberíamos crear un campo magnético en dicho planeta.

    Quizás no sea muy complicado, construyendo una mega-espira conductora alrededor del planeta alimentada por energía solar….

    En el futuro es posible Discovery Channel haga un resportaje sobre “Megaconstrucciones” de esto que os digo xD.

  5. Es curioso cuando se habla de Venus y marte, el factor de la distancia tenía que haber beneficiado al planeta más lejano y sin embargo Venus tiene atmósfera densa y marte no, por lo tanto hay otro factor en juego y es el tamaño y su gravedad porque creo yo que por lógica Venus debería haber perdido su atmósfera hace tiempo y además no tiene campo magnético como el planeta rojo.

    Saludos jorge m.g.

  6. Muy interesante el artículo, pero no resuelve varias dudas que despierta.
    – ¿La magnitud actual del viento solar es la misma que en el pasado?
    – ¿Cómo llegó el planeta Marte tener y conservar una atmósfera por tanto tiempo?
    – ¿Cómo es posible que el planeta Venus tenga una atmósfera más densa aun cuando su distancia al Sol es muchímimo más cercana? (gracias Jorge M. G.)

    Excelente razonamiento RObert.

    Daniel, me gustó mucho tu frase al final del artículo: “…pero de vez en cuando no viene mal que nos confirmen que vamos por el buen camino”. Precisamente lo que yo vengo escribiendo por mucho tiempo. La Ciencia funciona tan bien porque está abierta a que se refuten sus verdades, y esto aplica a todos los campos científicos. Todo lo que se afirma debe ser corroborado por otros y lo mismo por los descubrimientos y hazañas. Carl Sagan tuvo el mismo razonamiento al decir “afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias”.

    Y digo todo esto porque la reciente noticia sobre un minisatélite ruso (20 de octubre) para verificar los acontecimientos de las misiones Apollo de la Nasa fueron publicadas en un tono jocoso. Pero la noticia sobre un proyecto informático que simula la foto de Aldrin desciendo del Eagle (no pude encontrar el artículo pero tiene más de un año publicado) fue puesto como una prueba del alunizaje debido a que la nitidez de la imagen se logró gracias al reflejo de la luz solar en el traje de Armstrong. xD!!!

  7. No, Daniel, no solo “no viene mal que nos confirmen que vamos por el buen camino” sino que ES VITAL PARA LA CIENCIA que toda afirmación, teoría, hallazgo, hazaña y cualquier experimento sea confirmada posteriormente por otros científicos. Ya es hora, en este siglo XXI, que abandonemos la visión aristotélica y platónica del mundo que nos atrasó por unos 1500 años. Algo que hasta el mismo Sagan el daba vergüenza reconocer.

  8. para devolver a Marte su atmósfera habría que impactar contra él algún asteroide del tamaño de Tetis o Dione. Con una velocidad y un ángulo que no destruyan el planeta, si no que les hiciera sumar sus masas lo menos violentamente posible.
    Dicho asteroide debería tener mucho hielo y hierro, que aportaran material para la atmósfera y enriquecieran el núcleo reavivándolo..
    (Es sólo una idea)

    Si queremos fundar una colonia humana en Marte, va a ser casi imposible crear una atmósfera en un tiempo aceptable para el género humano.
    Nos toca hacer la colonia bajo tierra, a salvo de la radiación y con una atmósfera y presión suficientes.

    1. La supuesta Terraformacion sera cuestion de generaciones aunque probablemente acelerada por avances tecnologicos en ese lapso de tiempo,pero es que no tiene parangon con nada hecho por el hombre a lo largo de su historia, solo comparemos la desecacion de Holanda con esta obra de ingieneria estamos hablando de una obra de una magnitud de decenas de miles de veces sobre cualquier otra obra hecha por el hombre anteriormente y eso a mas de 60 millones de Km.

      1. Hombre ahora parece ciencia ficcion. Pero a lo largo del tiempo estoy seguro que seremos capaces de crear elementos con la fusion- aceleradores de particulas…. Y cuando seamos capaces de industrializar el preceso podremos crear en planetas esteriles fabricas de oxigeno de fluor de nitrogeno…. Con espejos calentar planetas… Tal vez de aqui a 200-300 años tengamos medios de transporte que nos lleven a marte con un minimo coste y en pocas semanas y podamos comenzar a terraformarlo. De aqui a medio plazo 50 años… Tendremos que conformarnos con verlo desde cupulas, modulos….

    2. Creo que es mas viable transformar parte de los compuestos de la corteza marciana en gases para enriquecer la atmosfera.
      Lo del campo magnetico, si no es para evitar radiacion en la superficie,no creo que sea tanto problema. En cuanto a lo de la radiacion, si ya estamos terraformando un planeta no creo que se nos quede grande la manipulacion genetica para hacer seres vivos mas resilentes a la radiacion.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 7 noviembre, 2015
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • Marte • NASA • Sistema Solar