La escasa agua que todavía conserva la atmósfera marciana no está confinada en su capa inferior como se pensaba, sino que asciende a la superior, donde se convierte en hidrógeno atómico que escapa al espacio, según los datos recogidos por la sonda MAVEN de la NASA. El fenómeno se hace más evidente durante el verano austral y las tormentas de polvo del planeta rojo.
Marte fue una vez un planeta húmedo. Por sus antiguos ríos, lagos y mares fluía abundante agua líquida, y también lo hacía en forma de gas por su atmósfera. Aunque todavía queda agua en este árido y frío planeta, hay mucha menos de la que tuvo en el pasado. La mayoría está encerrada en sus casquetes polares, aunque todavía quedan trazas de vapor.
Uno de los principales objetivos de la nave espacial MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN), que la NASA lanzó en 2013 y con combustible hasta al menos 2030, es determinar cómo desapareció esta agua y otros compuestos de la atmosfera de Marte, lo que permitirá conocer mejor la evolución climática del planeta.
Esta semana se presenta en Science un estudio que ofrece algunas respuestas. El artículo lo han elaborado investigadores de las universidades de Arizona, Maryland y el centro Goddard de la NASA en Estados Unidos.
Aunque los modelos tradicionales señalaban que la poca agua atmosférica que queda en Marte permanece en las capas bajas, el nuevo trabajo ofrece evidencias de que se transporta directamente a la atmósfera superior, donde se convierte en hidrógeno atómico que escapa al espacio.
Los datos los ha recogido el espectrómetro de masas NGIMS (Neutral Gas and IonMass Spectrometer) de la sonda MAVEN mientras esta sobrevuela el planeta rojo. Este instrumento también separa las moléculas y los iones de las muestras según su peso, y así se ha podido analizar la composición de la atmósfera marciana.
“No medimos H2O neutro directamente”, explica a SINC el autor principal, Shane Stone, de la Universidad de Arizona, “sino que utilizamos las mediciones de NGIMS de dos iones de agua: H2O + y H3O + (no son tan raros, este último aparece en cualquier muestra de agua líquida, incluida la de nuestro cuerpo), que en la atmósfera superior se producen a partir de H2O a través de reacciones con otros iones (CO2 + y HCO +)”.
La ilustración muestra cómo pierde agua Marte, normalmente y durante las tormentas de polvo. / NASA/Goddard/CI Lab/Adriana Manrique Gutierrez/Krystofer Kim
“Así, a partir de estas mediciones de iones del agua –subraya–, podemos calcular la cantidad de agua que hay en la muestra de gas que recoge NGIMS. Además, las especies reactivas en la atmósfera, como el hidrógeno atómico (H) y el oxígeno atómico (O), pueden recombinarse dentro del espectrómetro para formar H2O”.
De esta forma los investigadores han podido calcular la inesperada abundancia de agua en la atmósfera superior, donde es disociada por diversos iones para producir el hidrógeno atómico. Este patrón se ha observado que es especialmente evidente en la zona sur de Marte en verano y cuando se producen las tormentas de polvo, incluida la que ocurrió a escala global en el planeta rojo en 2018.
“La atmósfera de Marte es más cálida cuando el planeta está más cerca del Sol durante el verano en su hemisferio sur, y en esa misma estación se desatan las tormentas de polvo (muchas globales), que provocan un mayor calentamiento en la atmósfera; pero no en la superficie, que de hecho se enfría durante esas tormentas”, explica Stone.
“Este calentamiento es importante porque, para que la higropausa (capa fría de la atmósfera donde se condensa el gas en líquido y se forman nubes) atrape eficientemente el agua cerca de la superficie, debe estar fría –añade–. Pero el calentamiento de la atmósfera en el verano austral y durante las tormentas de polvo hace que se caliente la higropausa, que se debilita y permite que entre más agua en la atmósfera superior”.
Según los autores, este aporte de agua estacional y mediado por las tormentas de polvo hacia las capas altas de la atmósfera puede haber desempeñado un papel clave en la evolución del clima marciano, desde el estado cálido y húmedo que tenía hace miles de millones de años hasta el planeta frío, rojo y seco que conocemos hoy.
El estudio señala que la mayor parte del agua de Marte se ha convertido lentamente en el hidrógeno que se pierde en el espacio. Este proceso, que sigue ocurriendo en la actualidad, ha ido eliminando gradualmente el agua del planeta durante varios miles de millones de años.
Stone destaca que este estudio "ayuda a los científicos a entender por qué Marte es tan diferente de la Tierra, por qué su clima ha cambiado tan sustancialmente a lo largo de la historia del sistema solar".
Respecto a si algún día desaparecerá el agua de Marte, el investigador recuerda que en los últimos 4.500 millones de años debe haber perdido una capa global de 10 a 100 metros de profundidad: "Es decir, si esparciéramos sobre la superficie del planeta toda el agua que Marte perdió, ese océano tendría de 10 a 100 metros de profundidad".
Actualmente las tasas de escape atmosférico en el planeta rojo son relativamente pequeñas comparadas con lo que debieron ser en el pasado. Según otros estudios publicados con los datos de la sonda MAVEN, el viento solar puede haber barrido la atmósfera marciana, con tasas de unos 100 gramos por segundo.
"Esto parece mucho, pero es relativamente poco cuando se compara con el tamaño total de la atmósfera de un planeta y la cantidad de hielo de agua en su superficie, así que pasará mucho tiempo hasta que el escape atmosférico libere a Marte de toda su agua; y nuestro trabajo no altera esa conclusión", finaliza Stone.
El gráfico muestra cómo varía la cantidad de agua en la atmósfera de Marte según la estación. Durante las tormentas de polvo globales y regionales, que suceden en la primavera-verano en la zona sur, la cantidad de agua se dispara. / University of Arizona/Shane Stone/NASA Goddard/Dan Gallagher
Referencia:
S.W. Stone et al. “Hydrogen escape from Mars is driven by seasonal and dust storm transport of wáter”. Science.
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