Orbitadores Artificiales de Marte - MAVEN

MAVEN –  ACTUALIZACIÓN 2019

11 de febrero de 2019

La nave MAVEN reduce su órbita sobre Marte preparándose para apoyar la llegada del Rover Mars 2020.

La misión de 4 años de MAVEN  que estudia la atmósfera y su volátil evolución está emprendiendo una nueva campaña hoy para ajustar su órbita alrededor de Marte. La operación reducirá el punto más alto de la órbita elíptica de la nave espacial MAVEN de 3,850 a 2,800 millas (6,200 a 4,500 kilómetros) sobre la superficie y la preparará para asumir una responsabilidad adicional como un satélite de transmisión de datos para el vehículo Rover Mars 2020 que será lanzado ese año.

"La nave espacial MAVEN ha hecho un trabajo fenomenal al enseñarnos cómo Marte perdió su atmósfera y proporcionar otras ideas científicas importantes sobre la evolución del clima marciano", dijo Jim Watzin, director del Programa de Exploración de Marte de la NASA. "Ahora la estamos reclutando para ayudar a la NASA a comunicarse con nuestro próximo Rover a Marte y sus sucesores".

La misión MAVEN fue diseñada para durar dos años en el espacio, pero la nave sigue funcionando normalmente. Con la misión de administrar su combustible hasta el 2030, la NASA planea usar la capacidad de retransmisión de MAVEN el mayor tiempo posible. El orbitador MAVEN lleva un transceptor de radio de ultra alta frecuencia, similar a los transceptores que se llevan en otros orbitadores de Marte, que le permite transmitir datos entre la Tierra y los rovers o landers en Marte. La nave espacial MAVEN ya ha servido ocasionalmente como enlace de comunicación de la NASA con el rover Curiosity.

Plan de aerofrenado para maven. (izquierda) Órbita de MAVEN actual alrededor de Marte: 6,200 kilómetros (~ 3,850 millas) a la altitud más alta, y un período de órbita de aproximadamente 4.5 horas. (centro) Proceso de aerofrenado: MAVEN realiza una serie de órbitas de "inmersión profunda" que se aproximan a unos 125 kilómetros (~ 78 millas) de Marte a la altitud más baja, lo que provoca un arrastre desde la atmósfera para ralentizar la nave. En aproximadamente 360 órbitas que abarcan 2.5 meses, esta técnica reduce la altitud de la nave espacial a aproximadamente 4,500 kilómetros (~ 2,800 millas) y su período de órbita a aproximadamente 3.5 horas. (derecha) Órbita posterior al aerofrenado, con altitud reducida y período de órbita más corto.

Créditos: Estudio de visualización científica de la NASA / Kel Elkins y Dan Gallagher.

12 de diciembre de 2019

La reciente Aurora marciana descubierta es del tipo más común. Arroja luz sobre el clima cambiante de Marte.

Según los nuevos resultados de la misión, un tipo de aurora marciana identificada por primera vez por la nave espacial MAVEN en 2016 es en realidad la forma más común de aurora que ocurre en el planeta rojo. La aurora se conoce como aurora protónica y puede ayudar a los científicos a rastrear la pérdida de agua de la atmósfera de Marte.

En la Tierra, las auroras se ven comúnmente como muestras coloridas de luz en el cielo nocturno cerca de las regiones polares, donde también se les conoce como las luces del norte y del sur. Sin embargo, la aurora de protones en Marte ocurre durante el día y emite luz ultravioleta, por lo que es invisible para el ojo humano pero detectable para el instrumento Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) que tiene la nave espacial MAVEN (Atmósfera de Marte y Evolución Volátil).

Imagen conceptual que representa el ambiente marciano temprano (derecha), que se cree que contiene agua líquida y una atmósfera más espesa, en comparación con el ambiente frío y seco que se ve hoy en Marte (izquierda). Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA.

La misión de MAVEN es investigar cómo el Planeta Rojo perdió gran parte de su atmósfera y agua, transformando su clima de uno que podría haber soportado la vida a uno frío, seco e inhóspito. Dado que la aurora protónica se genera indirectamente por el hidrógeno derivado del agua marciana que se está perdiendo en el espacio, esta aurora podría usarse para ayudar a rastrear la pérdida de agua marciana en curso.

"En este nuevo estudio que utiliza datos de MAVEN / IUVS de varios años en Marte, el equipo descubrió que los períodos de mayor escape atmosférico se corresponden con aumentos en la ocurrencia e intensidad de protones auroras", dijo Andréa Hughes, de la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle en Daytona Beach, Florida .

Hughes es autor principal de un artículo sobre esta investigación publicado el 12 de diciembre en el Journal of Geophysical Research, Space Physics. "Quizás algún día, cuando el viaje interplanetario se vuelva común, los viajeros que lleguen a Marte durante el verano del sur tendrán asientos en primera fila para observar la aurora de protones marcianos bailando majestuosamente por el lado del planeta (mientras usan gafas sensibles a los rayos ultravioleta, por supuesto). Estos viajeros presenciarán de primera mano las etapas finales de Marte que pierden el resto de su agua en el espacio”. Hughes presentará la investigación el 12 de diciembre en la reunión de la Unión Geofísica Americana en San Francisco.

Diferentes fenómenos producen diferentes tipos de auroras. Sin embargo, todas las auroras de la Tierra y Marte están impulsadas por la actividad solar, ya sean explosiones de partículas de alta velocidad conocidas como tormentas solares, erupciones de gas y campos magnéticos conocidos como eyecciones de masa coronal o ráfagas en el viento solar, una corriente de gas conductor de electricidad que sopla continuamente en el espacio a aproximadamente un millón de millas por hora.

Esta animación muestra una aurora protónica en Marte. Primero, un protón de viento solar se acerca a Marte a alta velocidad y encuentra una nube de hidrógeno que rodea el planeta. El protón roba un electrón de un átomo de hidrógeno marciano, convirtiéndose así en un átomo neutro. El átomo pasa a través del arco de proa, un obstáculo magnético que rodea a Marte, porque las partículas neutrales no se ven afectadas por los campos magnéticos. Finalmente, el átomo de hidrógeno entra en la atmósfera de Marte y colisiona con las moléculas de gas, haciendo que el átomo emita luz ultravioleta. Créditos: NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher.

La aurora de protones se forma cuando los protones del viento solar (que son átomos de hidrógeno despojados de sus electrones solitarios por el calor intenso) interactúan con la atmósfera superior en el lado de día de Marte. A medida que se acercan a Marte, los protones que llegan con el viento solar se transforman en átomos neutros al robar electrones de los átomos de hidrógeno en el borde exterior de la corona de hidrógeno marciano, una enorme nube de hidrógeno que rodea el planeta. Cuando esos átomos entrantes de alta velocidad golpean la atmósfera, parte de su energía se emite como luz ultravioleta.

Imágenes de la aurora protónica de Marte. El espectrógrafo ultravioleta Imaging de MAVEN observa la atmósfera de Marte, creando imágenes de hidrógeno neutro y auro de protones simultáneamente (izquierda). Las observaciones en condiciones normales muestran hidrógeno en el disco y en la atmósfera extendida del planeta desde un punto estratégico en el lado nocturno (centro). La aurora de protones es visible como un brillo significativo en la extremidad y el disco (derecha); Con la contribución del hidrógeno neutro sustraído, se revela la distribución de la aurora de protones, lo que muestra que alcanza un máximo de brillo justo fuera del disco marciano a medida que los neutros energéticos golpean la atmósfera. Créditos: Universidad Aeronáutica Embry-Riddle / LASP, U. de Colorado.

Cuando el equipo de MAVEN observó por primera vez la aurora protónica, pensaron que era un hecho relativamente inusual. "Pero después de una mirada más cercana, descubrimos que las auroras de protones están ocurriendo con mucha más frecuencia en las observaciones diurnas del verano del sur de lo que inicialmente esperábamos", dijo Mike Chaffin, científico investigador del Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado Boulder y segundo autor del estudio. El equipo encontró auroras protónicas en aproximadamente el 14 por ciento de sus observaciones diurnas, lo que aumenta a más del 80 por ciento del tiempo en que solo se consideran las observaciones de verano del sur del día. "En comparación, IUVS ha detectado auroras difusas en Marte en un pequeño porcentaje de órbitas con geometría favorable,

La correlación con el verano del sur dio una pista de por qué las auroras de protones son tan comunes y cómo podrían usarse para rastrear la pérdida de agua. Durante el verano del sur en Marte, el planeta también está cerca de su distancia más cercana al Sol en su órbita y pueden ocurrir grandes tormentas de polvo. El calentamiento del verano y la actividad del polvo parecen causar auroras de protones al forzar el vapor de agua en la atmósfera. La luz ultravioleta solar extrema rompe el agua en sus componentes, hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno ligero está débilmente ligado por la gravedad de Marte y mejora la corona de hidrógeno que rodea a Marte, aumentando la pérdida de hidrógeno en el espacio. Más hidrógeno en la corona hace que las interacciones con los protones del viento solar sean más comunes, haciendo que la aurora protónica sea más frecuente y brillante.

" Todas las condiciones necesarias para crear una aurora protónica marciana (por ejemplo, protones de viento solar, una atmósfera de hidrógeno extendida y la ausencia de un campo magnético dipolar global) están más comúnmente disponibles en Marte que las necesarias para crear otros tipos de auroras", dijo.  "Además, la conexión entre las observaciones de MAVEN del aumento de la fuga atmosférica y los aumentos en la frecuencia e intensidad de la aurora de protones significa que la aurora de protones en realidad puede usarse como un proxy de lo que está sucediendo en la corona de hidrógeno que rodea a Marte, y por lo tanto, un proxy para tiempos de aumento escape atmosférico y pérdida de agua ".

MAVEN mapea vientos en la atmósfera superior marciana que reflejan el terreno debajo de ella y dan pistas sobre el clima marciano.

Los investigadores han creado el primer mapa de circulación del viento en la atmósfera superior de un planeta además de la Tierra, utilizando datos de la nave espacial MAVEN de la NASA que se recopilaron durante los últimos dos años. El nuevo mapa de los vientos de Marte ayuda a los científicos a comprender mejor el funcionamiento del clima marciano, brindándoles una imagen más precisa de su antiguo pasado y su evolución en curso.

Al medir la velocidad y dirección del viento en la atmósfera superior de Marte, MAVEN ha descubierto que las corrientes del viento a gran altitud están siendo perturbadas por las características del terreno muy por debajo. Créditos: NASA / Goddard / MAVEN / CU Boulder / University of Michigan.

Estudiar la atmósfera marciana actual, la velocidad a la que se está perdiendo en el espacio exterior y cómo y por qué se está despojando, nos da pistas con las que podemos armar el rompecabezas de comprender las atmósferas planetarias, incluida la nuestra.

"La circulación global observada proporciona insumos críticos necesarios para restringir los modelos atmosféricos globales", dijo Mehdi Benna, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien dirigió uno de los dos estudios que permitieron la creación del revolucionario mapa de vientos. "Estos son los mismos modelos que se utilizan para extrapolar el estado del clima marciano en el pasado distante". Benna es el autor principal de un artículo sobre esta investigación publicado el 12 de diciembre en Science.

Visualización generada por computadora de las rutas orbitales (puntos blancos) tomadas por la nave espacial MAVEN al mapear vientos (líneas azules) en la atmósfera superior marciana. Las líneas rojas que provienen de los puntos blancos representan la velocidad y dirección del viento local, medida por el instrumento de espectrómetro de masa de iones y gas neutro de MAVEN.

Créditos: NASA Goddard / MAVEN / SVS / Greg Shirah+

"Los vientos observados en la atmósfera superior de Marte a veces son similares a lo que vemos en las simulaciones de modelos globales, pero otras veces pueden ser bastante diferentes", dijo Kali Roeten de la Universidad de Michigan, Ann Arbor, Michigan. "Estos vientos también pueden ser muy variables en la escala de tiempo de las horas, sin embargo, en otros casos, son consistentes durante todo el período de observación".

Los vientos atmosféricos superiores en la Tierra ya han sido mapeados en detalle. Los vientos impulsan una serie de procesos en la atmósfera que pueden afectar la propagación de ondas de radio, que son cruciales para fines de comunicación para aquellos en la superficie, y la predicción de los caminos que tomarán los satélites en su órbita alrededor de la Tierra. El mapeo de los vientos marcianos, por lo tanto, es un paso crucial para comprender las características de las atmósferas extraterrestres más allá de lo que sabemos sobre los procesos en la Tierra.

Las atmósferas planetarias no son estáticas, y ciertamente no son uniformes. Para clasificar dónde se producen procesos distintivos, las capas de atmósferas se diferencian en función de la temperatura. Por ejemplo, los humanos viven en el nivel más bajo: la troposfera. Ahí es donde ocurre el clima, y la temperatura se enfría en altitudes más altas.

Los vientos atmosféricos superiores tanto en la Tierra como en Marte están en las respectivas termosferas de los planetas, que son áreas donde la temperatura aumenta con la altura. Las mediciones de vientos que se mapearon recientemente sobre Marte se encontraron en un rango de altitud de aproximadamente 140-240 kilómetros (85-150 millas) sobre la superficie del planeta.

Al combinar datos de muchas pistas mientras MAVEN orbita alrededor de Marte, los científicos construyeron lentamente un mapa del comportamiento del viento. Esto llevó a un descubrimiento sorprendente: los patrones de viento en realidad se correlacionan con la topografía marciana a continuación.

Marte tiene montañas altas y valles empinados al igual que la Tierra, y los vientos en la superficie son forzados por encima y alrededor de esta topografía. La perturbación de los vientos en la superficie conduce a ecos de estos patrones de viento en la termosfera marciana como ondas de gravedad.

Imagen conceptual del viento (flechas azules) que fluye sobre terreno accidentado marciano y genera perturbaciones que se propagan hacia arriba como ondas de gravedad atmosférica (líneas grises) Al detectar estas ondas de gravedad, MAVEN puede detectar dónde están los valles y montañas en la superficie, incluso si está orbitando en el borde del espacio. Créditos: NASA Goddard / MAVEN / CI Lab / Jonathan North.

Las ondas de gravedad atmosféricas (que no deben confundirse con las ondas gravitacionales extra galácticas) son causadas por el desplazamiento de las masas de aire desde un estado de reposo. La gravedad trata de devolver el fluido al equilibrio y, al hacerlo, crea ondas en el fluido alterado.

A medida que las ondas de gravedad creadas cuando el viento en Marte es forzado alrededor de la topografía de la superficie se ondula hacia arriba a través de la atmósfera, MAVEN puede detectar dónde están los valles y las montañas en la superficie, incluso si está orbitando en el borde del espacio.

Este descubrimiento fue la primera detección de ondas de ondas de gravedad inducidas por la topografía en la termosfera de cualquier planeta, incluso la Tierra. El equipo de MAVEN planea estudiar más estas ondas de gravedad durante diferentes estaciones y en diferentes lugares de Marte para mejorar la comprensión no solo de los detalles de los vientos termosféricos sino también de los fundamentos de la física misma.

Fuente

NASA / Goddard / MAVEN / CU Boulder / University of Michigan/SVS/ Greg Shirah.

NASA/Jurnal of Geophysical Research-Planets/ Mehdi Benna/Kali Roeten.

NASA Goddard / MAVEN / CI Lab / Jonathan North.

NASA/Tamsyn Brann