¡Misterio resuelto! Hubble y MAVEN resuelven porqué el agua se escapa de Marte

Hoy te vamos a hablar de nuestro vecino marciano. Marte fue en su día un planeta muy húmedo, como ya lo demuestran las características geológicas de su superficie. Los científicos saben que, durante los últimos 3.000 millones de años, al menos algo de agua se filtró a las profundidades subterráneas, pero ¿qué pasó con el resto? Ahora, el telescopio espacial Hubble y las misiones MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) están ayudando a desvelar ese misterio. 

"El agua sólo puede ir a dos lugares: puede congelarse en el suelo o la molécula de agua puede romperse en átomos y estos pueden escapar de la parte superior de la atmósfera al espacio", explicó el líder del estudio, John Clarke, del Centro de Física Espacial de la Universidad de Boston en Massachusetts. "Para entender cuánta agua había y qué le pasó, necesitamos entender cómo los átomos escapan al espacio". 

Clarke y su equipo combinaron datos del Hubble y MAVEN para medir la cantidad y la tasa actual de escape de los átomos de hidrógeno al espacio. Esta información les permitió extrapolar la tasa de escape hacia atrás en el tiempo para comprender la historia del agua en el Planeta Rojo. Estos resultados aparecen en la edición del 26 de julio de Science Advances, publicada por la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia. 

El escape del hidrógeno y el ‘hidrógeno pesado’  Estas son imágenes en el ultravioleta lejano del Hubble de Marte cerca de su punto más alejado del Sol, llamado afelio, el 31 de diciembre de 2017 (arriba), y cerca de su aproximación más cercana al Sol, llamado perihelio, el 19 de diciembre de 2016 (abajo) // NASA, ESA, STScI, John T. Clarke (Universidad de Boston); Procesamiento: Joseph DePasquale (STScI)

Las moléculas de agua en la atmósfera marciana se descomponen por la acción de la luz solar en átomos de hidrógeno y oxígeno. En concreto, el equipo midió el hidrógeno y el deuterio, que es un átomo de hidrógeno con un neutrón en su núcleo. Este neutrón le da al deuterio el doble de masa que el hidrógeno. Como su masa es mayor, el deuterio escapa al espacio mucho más lentamente que el hidrógeno normal. 

Con el tiempo, como se perdió más hidrógeno que deuterio, la proporción de deuterio a hidrógeno aumentó en la atmósfera. Medir la proporción hoy en día proporciona a los científicos una pista sobre cuánta agua había durante el período cálido y húmedo en Marte. Al estudiar cómo escapan actualmente estos átomos, pueden comprender los procesos que determinaron las tasas de escape durante los últimos cuatro mil millones de años y, por lo tanto, extrapolarlos al pasado. 

Aunque la mayor parte de los datos del estudio proceden de la sonda espacial MAVEN, esta no es lo suficientemente sensible como para detectar la emisión de deuterio en todos los momentos del año marciano. A diferencia de la Tierra, Marte se aleja mucho del Sol en su órbita elíptica durante el largo invierno marciano, y las emisiones de deuterio se vuelven débiles.  

Clarke y su equipo necesitaban los datos del Hubble para ‘rellenar los espacios en blanco’ y completar un ciclo anual de tres años marcianos (cada uno de los cuales tiene 687 días terrestres). El Hubble también proporcionó datos adicionales que se remontan a 1991, antes de la llegada de MAVEN a Marte en 2014. 

La combinación de datos entre estas misiones proporcionó la primera visión holística de los átomos de hidrógeno que escapan de Marte hacia el espacio. 

Una atmósfera marciana dinámica y turbulenta 

Vídeo: El Hubble ayuda a resolver el misterio del agua que se escapa de Marte // NASA

"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", explicó Clarke. "La atmósfera en su conjunto es muy turbulenta, se calienta y se enfría en escalas de tiempo muy breves, incluso de horas. La atmósfera se expande y se contrae a medida que el brillo del Sol en Marte varía un 40 por ciento a lo largo de un año marciano". 

El equipo descubrió que las tasas de escape de hidrógeno y deuterio cambian rápidamente cuando Marte está cerca del Sol. En la imagen clásica que tenían los científicos anteriormente, se pensaba que estos átomos se difundían lentamente hacia arriba a través de la atmósfera hasta una altura donde podían escapar. 

Pero esa imagen ya no refleja con precisión toda la historia, porque ahora los científicos saben que las condiciones atmosféricas cambian muy rápidamente. Cuando Marte está cerca del Sol, las moléculas de agua, que son la fuente del hidrógeno y el deuterio, ascienden por la atmósfera muy rápidamente, liberando átomos a grandes altitudes. 

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El segundo hallazgo es que los cambios en el hidrógeno y el deuterio son tan rápidos que el escape atómico necesita energía adicional para explicarlos. A la temperatura de la atmósfera superior, solo una pequeña fracción de los átomos tiene suficiente velocidad para escapar de la gravedad de Marte. Los átomos más rápidos (supertérmicos) se producen cuando algo le da al átomo un impulso de energía adicional. Estos eventos incluyen colisiones de protones del viento solar que ingresan a la atmósfera o la luz solar que impulsa reacciones químicas en la atmósfera superior. 

El estudio de la historia del agua en Marte es fundamental no sólo para comprender los planetas de nuestro propio sistema solar, sino también la evolución de planetas del tamaño de la Tierra alrededor de otras estrellas. Junto con sus planetas hermanos, Marte puede ayudar a los científicos a comprender la naturaleza de mundos lejanos a lo largo de nuestra galaxia.