Los cambios estacionales pueden tener un efecto dramático en la rapidez con la que Marte pierde su agua en el espacio, según un estudio conjunto entre la Telescopio espacial Hubble y la atmósfera de Marte y la evolución volátil de la NASA (MAVEN) La misión ha demostrado.
Hace más de tres mil millones de años, Marte era cálido y húmedo, con grandes masas de agua en su superficie y una atmósfera más espesa. Hoy, sin embargo, Marte está desolado, frío y seco. Entonces, ¿qué pasó con toda el agua?
«Sólo hay dos lugares donde puede llegar el agua», dijo John Clarke, de la Universidad de Boston, en un artículo. declaración«Puede congelarse en el suelo, o las moléculas de agua pueden romperse en átomos y los átomos pueden escapar de la parte superior de la atmósfera al espacio».
Mucho El agua de Marte todavía está en el Planeta Rojo. Grandes reservas parecen estar encerradas En las profundidades subterráneas a profundidades de entre 11,5 y 20 kilómetros (7,1 y 12,4 millas). Hay suficiente agua dentro de Marte para una capa equivalente global (GEL, que se refiere esencialmente a la profundidad de un océano planetario que crearía) de entre 1 y 2 kilómetros (0,62 y 1,24 millas).
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También hay cantidades relativamente pequeñas de hielo de agua atrapadas en el permafrost superficial y en los casquetes polares de Marte. Durante el verano marciano, este hielo puede sublimarse y arrojar vapor de agua al interior. atmósferaLa mayor parte de ese vapor de agua circula de polo a polo, congelándose en el hemisferio en el que es invierno, pero una parte se encuentra en la atmósfera superior, donde la luz ultravioleta solar puede fotodisociar las moléculas de agua H2O, descomponiéndolas en sus átomos componentes. El oxígeno en el agua termina oxidando materiales en la superficie (de ahí el color rojo óxido de Marte) o uniéndose al carbono para formar dióxido de carbono. Mientras tanto, los átomos de hidrógeno (o su contraparte isotópica más pesada, el deuterio) pueden escapar al espacio (si son lo suficientemente energéticos como para alcanzar la velocidad de escape) y ser arrastrados por el viento solar.
MAVEN, que llegó a Marte en 2014, tiene la tarea de medir este escape de hidrógeno.
Debido a que el deuterio, una forma pesada del hidrógeno, no escapa de la atmósfera de Marte tan fácilmente, significa que la relación de deuterio a hidrógeno (D/H) en la atmósfera de Marte es clave, y la abundancia de deuterio en relación con el hidrógeno aumenta con el tiempo a medida que pierde hidrógeno más rápido. Tierra y se supone que Marte tiene adquirieron su agua Según las mismas fuentes, la relación D/H del agua en Marte hace 3.000 o 4.000 millones de años debería haber sido la misma que la que hay en la Tierra hoy en día. La relación D/H en Marte hoy es entre 8 y 10 veces mayor que en la Tierra. Hay ciertas ambigüedades en las mediciones, pero al comparar esa relación de agua en Marte primigenia con la relación actual, teniendo en cuenta la tasa de pérdida de hidrógeno y deuterio al espacio, es posible extrapolar hacia atrás y calcular cuánta agua probablemente perdió Marte a lo largo de su historia.
Según las observaciones anteriores de MAVEN, Marte ha perdido suficiente agua en el espacio como para formar un gel de entre decenas y cientos de metros de profundidad. Esto, combinado con la enorme cantidad de agua que se ha descubierto recientemente enterrada en el interior de Marte, implica que el Planeta Rojo era rico en agua en su pasado lejano.
Sin embargo, MAVEN, con la ayuda del telescopio espacial Hubble, ha descubierto ahora una complejidad inesperada en la historia de la pérdida de agua de Marte. Juntos, los instrumentos han demostrado que la tasa de pérdida de hidrógeno es estacional, con grandes aumentos en la tasa de escape en el perihelio, que es el punto más cercano de Marte en su órbita alrededor de Marte. El solEsto coincide con un fuerte ascenso de vapor de agua hacia la atmósfera media, causado por el calentamiento estacional. Cuando está en el perihelio, el hemisferio sur de Marte está inclinado hacia el Sol y el Planeta Rojo está envuelto en su atmósfera anual. tormenta de polvo temporada; el polvo en suspensión puede contribuir al calentamiento atmosférico y al contenido de vapor de agua.
En el perihelio, MAVEN midió densidades de deuterio e hidrógeno en la atmósfera superior que son, respectivamente, unas 5 y 20 veces mayores que en el afelio, que es el punto más alejado de Marte del Sol en su órbita elíptica (alargada, en lugar de circular). En el afelio, la pérdida de deuterio es tan débil que MAVEN ni siquiera es lo suficientemente sensible como para detectarla. Aquí es donde el telescopio espacial Hubble tiene que entrar en acción, llenando los espacios en blanco. Las observaciones también mostraron que las tasas de escape son de 10 a 100 veces mayores para el deuterio y el hidrógeno, respectivamente, en el perihelio que en el afelio. De hecho, tanto el deuterio como el hidrógeno se escapan tan rápidamente en el perihelio que lo único que los limita es la cantidad de vapor de agua disponible en la atmósfera.
«En los últimos años, los científicos han descubierto que Marte tiene un ciclo anual mucho más dinámico de lo que se creía hace 10 o 15 años», afirma Clarke. «Toda la atmósfera es muy turbulenta, se calienta y se enfría en escalas de tiempo muy cortas, incluso de horas. La atmósfera se expande y se contrae a medida que el brillo del Sol en Marte varía un 40% a lo largo de un año marciano».
Esto plantea un enigma a la hora de explicar la pérdida de deuterio, que parece mayor de lo que se esperaría puramente de un escape térmico ordinario, en el que un átomo de deuterio está lo suficientemente caliente como para tener la energía necesaria para saltar al espacio. Para aumentar la tasa de pérdida de deuterio de modo que coincida con la relación D/H observada en Marte, se requiere una inyección adicional de energía en la atmósfera desde algún lugar. Esto podría provenir de protones del viento solar que ingresan a la atmósfera y chocan con átomos de deuterio, o de reacciones químicas de la luz ultravioleta solar que pueden darle al deuterio un impulso adicional.
Los hallazgos fueron: publicado el 26 de julio en la revista Science Advances.