Pérdida de agua en Marte determinada por las estaciones y las tormentas

Aunque es árido hoy en día, es probable que Marte alguna vez fuera un mundo cubierto de agua como el nuestro. La evidencia de esto se ve en imágenes de vastos canales de desagüe formados por inundaciones, valles fluviales y deltas tallados en la superficie del planeta, así como en observaciones de radar de depósitos de agua líquida encerrado bajo el hielo y el polvo de Polo sur de Marte.

El agua ahora solo puede existir en Marte en forma de hielo o gas debido a la baja presión atmosférica en el planeta, que es menos del 1% del de la Tierra. Marte ha perdido gran parte de su agua anterior en el espacio durante los últimos miles de millones de años y todavía hoy pierde agua de su atmósfera.

Dos nuevos estudios, dirigidos por Anna Fedorova del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia y Jean-Yves Chaufray del Laboratoire Atmospheres Observations Spatiales, Francia, ahora aclaran cómo el agua se mueve a través y sale de la atmósfera de Marte. Revelan que este proceso se ve afectado por la distancia del planeta al Sol y los cambios en su clima y clima, incluido el tormentas de polvo globales masivas visto a menudo en el planeta.

Ambos estudios utilizaron conjuntos de datos extensos de varios años obtenidos por el orbitador SPICAM instrumento (Espectroscopía para la Investigación de las Características de la Atmósfera de Marte).

«La atmósfera es el vínculo entre la superficie y el espacio, por lo que tiene mucho que decirnos sobre cómo Marte ha perdido su agua», dice Anna. «Estudiamos el vapor de agua en la atmósfera desde el suelo hasta 100 km de altitud, una región que aún no se había explorado, durante ocho años marcianos».

Anna y sus colegas encontraron que el vapor de agua permanecía confinado a menos de 60 km cuando Marte estaba lejos del Sol, pero se extendía hasta 90 km de altitud cuando Marte estaba más cerca del Sol. A través de una órbita completa, la distancia entre el Sol y el Planeta Rojo varía entre 207 millones y 249 millones de kilómetros.

Cerca del Sol, las temperaturas más cálidas y la circulación más intensa en la atmósfera evitaron que el agua se congelara a cierta altitud. “Entonces, la atmósfera superior se humedece y se satura de agua, lo que explica por qué las tasas de escape de agua se aceleran durante esta temporada: el agua se transporta más alto, lo que ayuda a escapar al espacio”, agrega Anna.

En los años en que Marte experimentó una tormenta de polvo global, la atmósfera superior se volvió aún más húmeda, acumulando agua en exceso a altitudes de más de 80 km.

“Esto confirma que las tormentas de polvo, que se sabe que calientan y alteran la atmósfera de Marte, también llevan agua a grandes altitudes”, dice Anna. «Gracias al monitoreo continuo de Mars Express, pudimos analizar las dos últimas tormentas de polvo globales, en 2007 y 2018, y comparar lo que encontramos con años sin tormentas para identificar cómo las tormentas afectaron el escape de agua de Marte».

Este descubrimiento está respaldado por una investigación dirigida por Jean-Yves, que modeló la densidad de los átomos de hidrógeno en la atmósfera superior de Marte durante dos años y exploró cómo esto se relacionaba con el escape de agua.

“Comparamos nuestros resultados con los datos de SPICAM y encontramos un buen acuerdo, excepto durante la temporada de polvo, cuando nuestro modelo subestimó la cantidad de hidrógeno presente”, dice Jean-Yves. «Se escapa mucha más agua a través de la atmósfera durante condiciones perturbadas de lo que predijo el modelo».

A lo largo de dos años marcianos, uno de los cuales experimentó una tormenta de polvo, Jean-Yves y sus colegas estimaron que la tasa de pérdida de agua varió en un factor de aproximadamente 100, destacando el efecto significativo que las tormentas de polvo pueden tener en las tasas de pérdida de agua de Marte.

Los hallazgos muestran que Marte pierde el equivalente a una capa global de agua de dos metros de profundidad cada mil millones de años. Sin embargo, incluso acumulada durante los cuatro mil millones de años de historia de Marte, esta cantidad es insuficiente para explicar dónde se ha ido toda el agua de Marte.

«Una cantidad significativa debe haber existido alguna vez en el planeta para explicar las características creadas por el agua que vemos», dice Jean-Yves. «Como no todo se ha perdido en el espacio, nuestros resultados sugieren que esta agua se ha movido bajo tierra o que las tasas de escape de agua eran mucho más altas en el pasado».

Los resultados de Anna, Jean-Yves y colegas complementan hallazgos recientes por el Orbitador de gases traza ESA-Roscosmos ExoMars (TGO), que desde 2018 y junto a Mars Express, ha monitoreado la distribución del agua por altitud en la atmósfera de Marte. Estos hallazgos sugirieron que la tasa de pérdida de agua de Marte puede estar relacionada con los cambios estacionales.

El trabajo de Mars Express para determinar la pérdida de agua de Marte también está respaldado por MAVEN de la NASA (atmósfera de Marte y evolución volátil) misión, que mide sistemáticamente la composición química de la atmósfera marciana (específicamente, los niveles de hidrógeno atómico y deuterio, un isótopo soporífero del hidrógeno). Dichos datos de múltiples misiones ayudarán a limitar no solo el comportamiento actual del agua, sino también la pérdida acumulada de agua a lo largo de la historia marciana, algo vital para determinar si el agua de Marte se ha ido al subsuelo o al espacio.

«Dos temas clave en nuestra exploración en curso de Marte son la evolución del planeta y la pérdida de agua, y el papel de las tormentas de polvo en la configuración del clima y la atmósfera marcianos», dice Dmitrij Titov, científico del proyecto Mars Express de la ESA.

“Estos hallazgos nos ayudan a comprender los procesos a más largo plazo detrás de la pérdida de agua de Marte y pintan una imagen no solo de su climatología actual, sino de cómo ha cambiado su clima a lo largo de la historia. Para tales estudios, necesitamos el tipo de conjuntos de datos de alta calidad proporcionados por SPICAM y también los instrumentos a bordo del TGO de ExoMars. Juntos, estas y otras misiones avanzadas continuarán desvelando los misterios de Marte «.

Mars Express lanzado el 2 de junio de 2003, y ha pasado más de 17 años en órbita en Marte monitoreando cuidadosamente las propiedades de la atmósfera del planeta.

Notas para los editores

«Monitoreo plurianual de la distribución vertical del vapor de agua en Marte por SPICAM en Mars Express”Por Fedorova et al. se publica en el Revista de investigación geofísica: planetas.

«Estudio de la tasa de escape de hidrógeno en Marte durante los años 28 y 29 marcianos a partir de comparaciones entre observaciones SPICAM / Mars express y simulaciones GCM-LMD”Por J.-Y. Chaufray y col. aparece en la revista Ícaro.

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