Evolución de Marte – Que nos dice MAVEN, MARS ORBITER,
MARS EXPRESS Y CURIOSITY que nos sirva para las futuras misiones.
La Misión MAVEN de la NASA
es la primera en centrarse en la atmósfera superior de Marte. Estando actualmente
en órbita alrededor del planeta rojo, a través de sus datos nos permitirá profundizar
en nuestra comprensión de cómo el clima de Marte ha evolucionado en los últimos
cuatro mil millones años.
La exploración de Marte tiene dos caras. Una se centra en la comprensión más profunda de nuestro sistema solar, y nuestro lugar en él.
-
¿Cómo es que la
Tierra terminó como lo hizo, con características propicias para el fomento de
la vida inteligente y la posibilidad de avanzadas tecnologías?
-
¿Por qué no ocurrió
lo mismo en nuestro vecino planeta, Marte?
Los
otros temas a investigar dependerán de la accesibilidad a los lugares y de los recursos
con que contemos.
Un
poco de historia
En
la historia reciente de la humanidad moderna se descubren nuevos continentes
que hoy se encuentran, ocupados y explotados. En el siglo 20 estos destinos
comenzaron a extenderse más allá de la Tierra con las misiones Apolo a la Luna.
Ahora Marte es la 'Luna nueva' como punto focal de interés humano y sus esfuerzos.
¿Por qué? Debido a que es el planeta
más accesible a nuestras observaciones, tanto telescópica como robóticamente,
es particularmente un buen candidato para el estudio del planeta y su evolución
desde su temprana vida y en ese sentido sólo superada por nuestro planeta.
Encierra un gran potencial en el futuro a largo plazo con la presencia humana
en ese planeta. Estos, y una combinación de aventura, inspiración y política,
han llevado a la actual embestida a través de Mars Orbiter, sondas y Rovers que
han hecho de Marte el planeta mejor entendido después de la Tierra.
El
espacio cercano a Marte fue visitado por primera vez a través por sobrevuelos
espaciales y orbitadores. Estos determinaron que la superficie era fría, seca y
árida en su mayor parte, como se infiere de imágenes tomadas de cerca. El flujo
y reflujo del tamaño de los casquetes polares durante el año marciano
insinuaban un ambiente variable según la estación. Sondajes remotos, dinámica
orbital y las comunicaciones de radio con las naves espaciales verificaron la
delgadez de la atmósfera gaseosa, que presenta una similar presión en la
superficie de Marte como para altitudes
estratosféricas de la Tierra. También se encontró que Marte no tiene cinturones
de radiación. Más bien, su interacción con el entorno espacial se parece más a
las de los cometas y a Venus, donde la atmósfera planetaria está expuesto
directamente a lo que llegue desde el Sol o de la galaxia.
En
estas primeras misiones se investigaron características de la superficie y el
ambiente de Marte, la superficie y el subsuelo poco profundo se han sondado con
imágenes de alta resolución y radar. Su distribución de la masa interior y
topografía han sido determinadas por la utilización de mediciones de la
gravedad de la órbita y de reflexiones de rayos laser.
En
la búsqueda de condiciones potencialmente habitables, módulos de aterrizaje y Rovers
en su superficie han llevado a cabo, en algunos lugares, análisis en
profundidad del suelo y rocas, mientras que al mismo tiempo se ha efectuado un
seguimiento meteorológico de superficie local. Estas últimas observaciones,
junto con las mediciones de teledetección globales de la atmosfera y sus variaciones incluyendo
las tormentas de polvo y los vientos que dan forma a las características de la
superficie efectuadas desde los orbitadores artificiales. Las sondas Viking de
la década del 1970 además de llevar a cabo los primeros experimentos de
detección de vida obtuvieron las primeras mediciones in situ de la atmósfera y
la ionosfera en su descenso. Sin embargo, a lo largo de las décadas de
exploración de Marte, la atmósfera por encima de la capa límite de superficie
permaneció siendo la menos investigada a pesar de numerosos intentos de iniciar
una misión dedicada a llenar este vacío de conocimiento.
Marte
está en segundo lugar en términos de su potencial para la futura presencia
humana a largo plazo.
¿Por
qué uno necesita saber acerca de la atmósfera superior de Marte? Una de las
razones es que proporciona información necesaria para reconstruir la historia
de toda la atmósfera de Marte y por lo tanto el agua - el eslabón perdido en la búsqueda
de vida en otros lugares.
Los
que investigan la formación del sistema solar, y en particular, la formación de
los planetas terrestres Mercurio, Venus, Tierra y Marte, a menudo consideran
que, al menos, los tres últimos se han formado con un maquillaje similar en la
nebulosa solar interior hace unos 4,5 mil millones de años. Las atmósferas
originales de estos planetas fueron probablemente formados por gran parte de
los gases liberados a partir de sólidos que orbitaban y que colisionaron para formar
los cuerpos más grandes que finalmente se sometieron a compresión interna y altas
temperaturas a medida que más y más material acumulaban.
Además,
el bombardeo de cometas habría entregado agua y otros compuestos volátiles ''
en forma de hielo”, incluso después de que los planetas sólidos se habían
formado. La actividad volcánica fue otra que continuó contribuyendo a la
formación de sus atmósferas. El hidrógeno era probablemente abundante en estas
primeras atmósferas, pero la absorción de radiación ultravioleta extrema
mejorada del joven Sol habría conducido que fuera gran parte de ella por calentamiento
y presión de la radiación. El inventario original restante de gases
atmosféricos probablemente fue similar en Venus, la Tierra y Marte, que, a
diferencia de Mercurio, estaban lo suficientemente lejos del Sol para conservar
al menos sus componentes más pesados, como el dióxido de carbono.
La
historia es que la Tierra terminó
con su atmósfera actual rica en nitrógeno y oxígeno y que todavía se está
desarrollando. Venus no puede haber
tenido agua líquida suficiente para permitir que el mismo proceso a causa de
altas temperatura por su cercanía con el Sol. Marte, por otro lado podría haber sido demasiado frío, manteniendo principalmente
su agua en forma de hielo.
Además
de su mayor distancia desde el Sol en un 50 por ciento, su menor tamaño, masa y
gravedad más bajo relacionados significa que no es tan eficaz en la retención
de una manta de gases atmosféricos como sus hermanas más masivas. Sin embargo,
las características de la superficie de Marte sugieren que alguna vez allí el
agua líquida fluyó en cantidades suficientemente importantes para labrar
canales y dejar marismas resecas. Eso implicaría que su atmósfera fue una vez
más sustancial que en la actualidad y que no había mucho más agua de la que
actualmente es detectable ya sea en la superficie (incluyendo en los casquetes
polares) o en su atmósfera. La presencia de agua en sus comienzos también está
relacionado con el posible desarrollo de la vida como la conocemos, por lo que
esta cuestión de la evolución de la atmósfera de Marte es fundamental para la
búsqueda de vida en otros lugares del universo.
Claramente,
el escape de la atmósfera no es un proceso sencillo ni constante, sobre todo
cuando se considera la situación durante miles de millones de años de historia
del sistema solar. Las especulaciones incluyen una conexión entre la presencia
de un campo magnético planetario global significativo, que Marte ya no tiene
hoy en día pero la Tierra sí, y la retención en el tiempo de la atmósfera y el
agua de un planeta.
La
búsqueda de MAVEN
La
misión MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) fue motivado por estas preguntas sin respuestas. El 18 de
noviembre de 2013, la misión lanzada desde Cabo Cañaveral, Florida, en un
cohete Atlas V y se insertó en la órbita de Marte el 21 de septiembre de 2014.
El
trabajo de Maven es sondear la física de los procesos actuales de escape
atmosférico haciendo mediciones en la atmósfera y en el espacio superior,
entorno donde se produce escape. Como parte de esta misión, se examinarán las
tasas de escape de los componentes importantes como el hidrógeno, el oxígeno y
el carbono. Esto incluye los efectos de la actividad solar y 'tiempo espacial'
sobre los valores de evacuación, que se consideran un eslabón perdido en la
contabilización de las pérdidas más grandes a principios de su existencia en
virtud de un Sol joven y más activo.
MAVEN
llevará a cabo las mediciones requeridas de una órbita elíptica que un
movimiento de precesión de probar la atmósfera por encima de la altitud unos
cientos de kilómetros "en muchos lugares alrededor de Marte, y para poder
verla desde arriba y desde dentro con la teledetección. Sus instrumentos in
situ incluyen un espectrómetro de masa de gas neutral y de iones (NGIMS) que
determina la composición de los gases que componen la atmósfera superior,
incluyendo el componente ionizado - la ionosfera - que es una parte de ella.
Las
primeras conclusiones fueron expuestas en la publicación “MAVEN nos muestra los secretos de
la atmósfera marciana” del 05/01/2015.
Los resultados que se obtengan en la
investigación que realiza Maven nos va a decir mucho más sobre la Tierra y los
planetas similares a la Tierra. Estos datos nos ayudarán a limitar supuestos
relativos a cómo las combinaciones de circunstancias, como el agua de la
superficie líquida, la distancia al Sol, el tamaño de la masa del planeta y el
campo magnético planetario, posiblemente, puedan alterar en gran medida el
destino de un planeta terrestre. Los sistemas planetarios extrasolares que
albergan planetas terrestres que ahora se observan cada vez más numerosos no
garantizan de ninguna manera encontrarnos con sitios similares a la Tierra. Los planetas terrestres de nuestro
sistema solar proporcionan 'terreno' sobre este tema.
La ilustración muestra a la nave MAVEN en órbita alrededor de Marte durante su primer año de misión. La vista es de la cara que muestra el atardecer de Marte y cuyas áreas de color indica las principales características de la interacción del viento solar y el entorno espacial solar, incluyendo la envoltura magnética (verde), limitada en su borde exterior por el arco de choque, una región fronteriza llamada ionosfera donde el viento solar y Marte interactuan fuertemente (amarillo) y la sombra óptica (azul). El Sol se encuentra a la derecha, aproximadamente a 1,5 UA de distancia, con el viento solar que fluye hacia el planeta.
¿Porqué
nos dicen qué Maven es importante para la exploración humana en Marte? Sus objetivos
serán determinar definitivamente la atmósfera superior y su variabilidad, así
como los efectos del entorno espacial de Marte, para prever una planificación
más específica por parte de los diseñadores en las futuras misiones. Por
ejemplo, hoy existe una sinergia entre las mediciones de la radiación de la
superficie, tomadas por el Detector de Evaluación de Radiación Laboratorio de
Ciencia de Marte, y las mediciones de partículas energéticas solares en la
órbita MAVEN que permiten una evaluación atmosférica para los modelos de
transporte futuros. Una mayor comprensión de las modificaciones de la atmósfera
superior y en la superficie por la actividad solar, incluyendo las tormentas de
polvo, pueden mejorar la entrada, arrastre y el aero- frenado de las futuras
naves espaciales y Rovers que se envíen al planeta Marte. La variabilidad de la
ionosfera puede afectar las comunicaciones tierra-tierra, tierra-superficie y
superficie-superficie.
Curiosity: Las
pistas dejadas en el paisaje de Marte demuestran que el algún momento de su historia existió un planeta con agua líquida en cantidades suficientes.
Observaciones de Curiosity Rover de la NASA indican en Marte que el 'Muont
Sharp” fue construido por los sedimentos depositados en un gran lecho del lago
lo largo de decenas de millones de años. Esta interpretación de los hallazgos
del Curiosity en el cráter Gale sugiere el antiguo Marte mantuvo un clima que
podría haber producido lagos de larga duración en muchos lugares en el planeta
rojo.
"Si nuestra hipótesis para el Mount Sharp se mantiene, desafía la
noción de que las condiciones cálidas y húmedas fueron transitorios, local o
sólo subterránea en Marte", dijo Ashwin Vasavada, científica del proyecto en el JPL de la NASA
en Pasadena, California. "Una explicación más radical es que la antigua
atmósfera de Marte, más gruesa elevó las temperaturas por encima de cero en
todo el mundo, pero hasta ahora no sabemos cómo la atmósfera hizo eso."
NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlin / MSSS
Simulación de una vista del lago
del Cráter Gale en Marte
Esta
simulación representa un lago llenando parcialmente el Cráter Gale, al recibir
la escorrentía (término geológico de hidrología que hace referencia a una lámina de
agua que circula sobre la superficie en una cuenca de drenaje) de fusión de
nieve en el borde del cráter.
La evidencia de que el Rover Curiosity de la NASA ha encontrado patrones
de depósito sedimentarios en el cráter Gale (de 154 kilómetros de diámetro)
sugiere que haya existido un lago como este hace más de tres millones de años,
que se ha llenado y secado en múltiples ciclos a lo largo de millones de años.
Mapa multianual
de la humedad por temporadas en MARTE.
Los científicos rusos del Instituto de Investigaciones Espaciales de
la Academia Rusa de Ciencias y el Instituto de Moscú de Física y Tecnología
(MIPT), junto con sus colegas franceses y estadounidenses, han creado un
"mapa" de la distribución del vapor de agua en la atmósfera de Marte.
Su investigación incluye observaciones de las variaciones estacionales en las
concentraciones atmosféricas utilizando datos recogidos de más de diez años por
el espectrómetro SPICAM ruso-francés a bordo del orbitador Mars Express. Este
es el más largo período de observación y proporciona el mayor volumen de datos
sobre el vapor de agua en Marte.
Los científicos rusos Mapa del vapor de agua en la
atmósfera de Marte
La nueva versión actualizada del instrumento fue construido con la
participación del Instituto de Investigación Espacial como parte del acuerdo
entre Roscosmos y la agencia espacial francesa CNES para el orbitador Mars
Express. El aparato fue lanzado el 2 de junio de 2003 del Cosmódromo de
Baikonur. A finales de diciembre de 2003, Mars Express entró en una órbita
cercana a Marte y desde entonces ha estado recogiendo datos con éxito sobre el
planeta y sus alrededores.
El personal del Instituto de Investigación Espacial y MIPT, incluyendo
Alexander Trokhimovsky, Anna Fyodorova, Oleg Korablyov y Alexander Rodin, junto
con sus colegas de los LATMOS laboratorio francés y Centro Goddard de la NASA,
han analizado una gran cantidad de datos obtenidos por el espectrómetro de
infrarrojos que es parte del instrumento SPICAM, durante un período de cinco
años marcianos (cerca de 10 años de la Tierra como un año en Marte es igual a
1,88 años terrestres) sobre observaciones de vapor de agua en Marte.
Las condiciones en Marte - bajas temperaturas y baja presión
atmosférica - no permiten que el agua exista en forma líquida en depósitos
abiertos como lo haría en la Tierra. Sin embargo, en Marte, hay una poderosa
capa de permafrost (capa
de hielo permanente en los niveles superficiales de las regiones frías o
periglaciares) con grandes reservas de agua congelada concentrada en
los casquetes polares. Existe vapor de agua en la atmósfera, aunque a niveles
muy bajos en comparación con las cantidades experimentados en la Tierra. Si
todo el volumen de agua en la atmósfera pudiera ser extendido uniformemente
sobre la superficie del planeta, el espesor de la capa de agua no excedería de
10-20 micrones, mientras que en la Tierra una capa de este tipo sería miles de
veces más gruesa.
Los datos del experimento SPICAM ha permitido a los científicos crear
una imagen del ciclo anual de variación de la concentración de vapor de agua en
la atmósfera. Los científicos han estado observando la atmósfera durante las
misiones a Marte desde el final de la década de 1970 con el fin de hacer la
imagen lo más precisa posible.
El contenido de vapor de agua en la atmósfera alcanza un nivel máximo
de 60 a 70 micrones de agua liberada en las regiones del norte durante la
temporada de verano. El máximo del verano en el hemisferio sur es
significativamente menor - alrededor de 20 micrones. Los científicos también
han establecido una significativa reducción, de 5-10 micrones, en la
concentración de vapor de agua durante las tormentas de arena globales, que
están probablemente conectados a la eliminación de vapor de agua de la
atmósfera debido a los procesos de adsorción y condensación en las
superficies.
"Esta investigación, basada en uno de los períodos más largos de
seguimiento del clima marciano, ha hecho una importante contribución a la
comprensión del ciclo hidrológico de Marte - el más importante de los
mecanismos climáticos que podrían apoyar la existencia de actividad biológica
en el planeta ", manifestó Alexander Rodin, subjefe de la espectroscopia
de infrarrojos de Atmósferas Planetarias Laboratorio MIPT e investigador
científico sénior en el Instituto de Investigación Espacial.
Este informe fue elaborado por el servicio de la política de información
de Roscosmos (Agencia Espacial y de Aviación Soviética) con la participación de
los departamentos de prensa del Instituto de Investigación Espacial (RAS) y
MIPT.
Fuente
Janet G. Luhmann Senior Fellow (Laboratorio de Ciencias
Espaciales de la Universidad de California, Berkeley).
R.Burnham (redplanet.asu.edu).
Instituto de Investigaciones Espaciales de la Academia
Rusa de Ciencias y el Instituto de Moscú de Física y Tecnología (MIPT).
NASA / JPL-Caltech / ESA / DLR / FU Berlin / MSSS
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