La Misión MAVEN de la NASA, revela que la atmósfera de Marte se perdió en el espacio

Ilustración del ambiente frío y seco actual en Marte (izquierda) y el que pudo tener en el pasado, con grandes masas de agua líquida y una atmósfera más gruesa. Crédito: NASA’s Goddard Space Flight Center.

El viento solar y la radiación son responsables de despojar  la atmósfera de Marte,  transformando a un planeta que podría haber soportado la vida hace cerca de 4 mil millones de años atrás en un mundo gélido y desierto, según los nuevos resultados de la nave espacial MAVEN de la NASA.

Hemos determinado que la mayor parte del gas  presente en un principio en la atmósfera de Marte se ha perdido en el espacio”, dijo Bruce Jakosky, Investigador Principal de la misión de estudio de la Evolución de la Atmósfera y Volátiles de Marte (MAVEN), de la Universidad de Colorado en Boulder. El equipo hizo esta determinación a partir de los últimos resultados, que revelan que aproximadamente el 65 por ciento del Argón que estuvo alguna vez presente en la atmósfera se ha perdido en el espacio. Jakosky es el autor principal de un artículo sobre esta investigación que fue publicado en Science el Viernes 31 de Marzo.

En el 2015, los miembros del equipo MAVEN  anunciaron previamente los resultados que mostraron que el gas atmosférico se está perdiendo en el espacio hoy y describen cómo la atmósfera es despojada . El presente análisis se basa en mediciones de la atmósfera de hoy en día para proporcionar la primera estimación de la cantidad de gas que se perdió en el tiempo.

El agua líquida, esencial para la vida, no es estable hoy en la superficie de Marte  porque el ambiente es demasiado frío y la atmósfera delgada para sostenerla. Sin embargo, evidencias tales como las características superficiales que se asemejan a cauces secos y la detección de minerales que sólo se forman en presencia de agua líquida indican que el antiguo clima marciano era muy diferente – lo suficientemente caliente para que el agua fluyese sobre la superficie durante períodos prolongados.

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El Marte primitivo, probablemente tenía una atmósfera más densa con más vapor de dióxido de carbono y agua, proporcionado por la actividad volcánica vigorosa. Este Marte era más cálido y húmedo, y la mayor presión atmosférica presente, permitió que fluyese el agua en la superficie. Sin embargo, por cerca de 4 mil millones años, el medio ambiente de Marte se convirtió en frío y seco, como lo es ahora. A medida que el interior de Marte se enfrió, los gases y el vapor de agua provenientes del vulcanismo se redujeron gradualmente y el campo magnético desapareció. Carente entonces de protección, la atmósfera fue erosionada por el viento solar, y la superficie de Marte estaba bañada en radiación. Crédito: LPI – USRA.

“Este descubrimiento es un paso significativo en desentrañar el misterio de los ambientes del pasado de Marte”, dijo Elsayed Talaat, Científica del Programa MAVEN , en la sede de la NASA en Washington. “En un contexto más amplio, esta información nos enseña acerca de los procesos que pueden cambiar la habitabilidad de un planeta en el tiempo.”

Hay muchas maneras en las que un planeta puede perder parte de su atmósfera. Por ejemplo, las reacciones químicas pueden secuestrar gas fuera de la atmósfera en rocas de la superficie, o una atmósfera puede ser erosionada por la radiación y por el viento estelar de la estrella madre del planeta. El nuevo resultado revela que el viento solar y la radiación fueron responsables de la mayor parte de la pérdida atmosférica en Marte, y el agotamiento fue suficiente para transformar el clima de Marte. El viento solar es una corriente delgada de gas conductor de electricidad, constante, que sopla hacia fuera de la superficie del Sol.

Este animación muestra  el campo magnético solar interplanetario (IMF) y la evolución del frente de choque de una eyección de masa coronal del 26 de Septiembre del 2014, a medida que se propaga hacia Marte tal como se genera por las simulaciones de modelos WSA-Cono-Enlil realizadas en el Centro de Modelamiento Comunitario Coordinado de la NASA. El mapa de color representa la densidad del plasma del viento solar en la heliosfera interior desde cerca del Sol a dos veces la distancia de la órbita de la Tierra. Obsérvese la polaridad del IMF, indicada por los colores azul y rojo sobre el borde circular. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Ver video.

El  Sol primitivo tenía una radiación ultravioleta y un viento solar, mucho más intensos que  los de hoy, por lo que la pérdida de la atmósfera por estos procesos era probablemente mucho mayor en la historia de Marte. Según el equipo, estos procesos pueden haber sido los dominantes que controlan el clima y la habitabilidad del planeta. Es posible que la vida microbiana pudiese haber existido en la superficie al principio de la historia de Marte. A medida que el planeta se enfrió y se secó,  la vida podría haber sido impulsada a los ambientes  subterráneos o bien, forzada en raros oasis en la superficie.

La atmósfera marciana ha perdido un 66% de argón

 Este gráfico explica los resultados de MAVEN respecto a la pérdida de Argón. Agrandar. También disponible en formato PDF en texto legible para los discapacitados visuales.

Jakosky y su equipo consiguieron el nuevo resultado midiendo la concentración atmosférica de dos isótopos diferentes del gas Argón. Los isótopos son átomos de un mismo elemento con diferentes masas. Como el más ligero de los dos isótopos escapa al espacio con mayor facilidad, dejará el gas que queda atrás enriquecido en el isótopo más pesado. El equipo utilizó la abundancia relativa de los dos isótopos medidos en la atmósfera superior y en la superficie para estimar la fracción del gas atmosférico que se ha perdido al espacio.

Como el Argón es un “gas noble” no  reacciona químicamente, por lo que no puede ser secuestrado en las rocas; el único proceso que puede eliminar los gases nobles enviándolos al espacio es un proceso físico llamado “Sputtering” originado por el viento solar. Los iones recogidos por el viento solar pueden impactar la atmósfera de Marte a altas velocidades y enviar físicamente gas atmosférico al espacio. El equipo hizo el  seguimiento del Argón, ya que sólo puede ser retirado de la atmósfera mediante el Sputtering. Una vez que se determinó la cantidad de argón perdido por este proceso, se podría  utilizar esta información para determinar la pérdida por este mismo proceso de otros átomos y moléculas, incluyendo al dióxido de carbono (CO 2 ).

 

El viento solar y la atmósfera de Marte. Marte no tiene un único campo magnético unificado como la Tierra. Tiene  pequeños campos, más separados (o sea un campo débil y fracturado) que cubren el planeta y tienen diferentes intensidades y polaridades. La ausencia de la protección magnética permite que el flujo del viento solar supersónico  interactúe directamente con la ionosfera de Marte. El Sol emite constantemente fotones de alta energía (rayos gamma) y cuando uno de estos fotones entra en la atmósfera de Marte, puede chocar con una molécula, desprender un electrón y convertirla en un ion. Los Iones por sí sólos no hacen mucho, pero en presencia de un campo magnético  serán atrapados en él, girarando alrededor de las líneas de campo. El Sol genera un campo magnético gigante que es transportado por el viento solar. A medida que el campo magnético pasa más allá del planeta, los  iones atrapados por el campo serán arrastrados. Otros iones, dependiendo de dónde se forman, no va a dejarse llevar, pero golpean la parte superior de la atmósfera. Estos iones pueden chocar con otras moléculas y átomos arrojádolos por todas partes, como una bola blanca en una partida de billar. Algunos de estos átomos  son golpeados de tal manera que van en dirección al espacio con una velocidad tal que les permite escapar de la gravedad del planeta, causando la pérdida atmosférica,durante algunos miles de millones de años. Vea los videos que explican los procesos de pérdida atmosférica. Vea también una colección de animaciones explicativas 1,  y 2 del NASA’s Scientific Visualization Studio (SVS).Crédito de las animaciones de arriba: Chris Smith (HTSI), NASA/Nagoya University. Crédito de la leyenda: Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA.

El CO 2 es de interés ya que es el constituyente principal de la atmósfera de Marte y porque es un gas de efecto invernadero eficiente, que puede retener el calor y calentar el planeta. Determinamos que la mayoría del CO 2 del planeta también se perdió en el espacio mediante el proceso de Sputtering,” dijo Jakosky. Hay otros procesos que pueden eliminar el CO 2 , por lo que esta estimación  da la mínima cantidad de CO 2 que se ha perdido en el espacio.”

El equipo hizo su estimación a partir de datos de la atmósfera superior de Marte, recogidos por el  Espectrómetro de Masas de Gas Neutro y de Iones  (NGIMS) de MAVEN. Este análisis incluyó mediciones en la superficie de Marte realizadas con el instrumento de  Análisis de  Muestras en Marte de la NASA (SAM) a bordo del rover Curiosity.

“Las mediciones combinadas permiten una mejor determinación de la cantidad  de Argón que se ha perdido en el espacio en Marte, durante  más de mil millones de años”, dijo Paul Mahaffy del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “El uso de mediciones de ambas plataformas apunta al valor de tener múltiples misiones que hacen mediciones complementarias.” Mahaffy, un co-autor del documento, es el Investigador Principal en el instrumento SAM y líder del instrumento NGIMS, ambos  desarrollados en el Centro Goddard de la NASA.

La investigación fue financiada por la misión MAVEN. El Investigador Principal (PI) de MAVEN tiene su base  en el  Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial (LASP) de la Universidad de Colorado en Boulder, y el Centro Goddard de la NASA gestiona el proyecto Maven. El MSL /Curiosity es administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California.

 Fuente: NASA – Goddard Space Flight Center.   Artículo original: “NASA’s MAVEN Reveals Most of Mars’ Atmosphere Was Lost to Space.”

Referencia bibliográfica: B. M. Jakosky, M. Slipski, M. Benna, P. Mahaffy, M. Elrod, R. Yelle, S. Stone, N. Alsaeed. “Mars’ atmospheric history derived from upper-atmosphere measurements of 38Ar/36Ar”. Science, 31 de marzo de 2017.

Material relacionado:

      Sobre los procesos de pérdida de las atmósferas planetarias
      Sobre la Misión MAVEN:

       Sobre el Instrumento SAM del Mars Rover Curiosity:

       Artículos sobre la atmósfera de Marte en los medios:

      Colección de artículos publicados en el Journals y Magazines científicos sobre la atmósfera de Marte:
      Colección de  trabajos de investigación (Papers):

 

       Libros y Capítulos de libros referentes al tema, publicados por la editorial Springer. (Disponibles en Timbó).
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