Tormentas de polvo marcianas agitan nubes similares a la Tierra

La Tierra y Marte tienen atmósferas muy diferentes. La atmósfera seca y fría de Marte está compuesta casi en su totalidad por dióxido de carbono, mientras que la de la Tierra es rica en nitrógeno y oxígeno. Su densidad atmosférica es menos de una quincuagésima parte de la atmósfera de la Tierra, equivalente a la densidad que se encuentra a unos 35 km sobre la superficie de la Tierra.

A pesar de ser tremendamente diferentes, se ha descubierto que sus patrones de nubes son sorprendentemente similares a los de la Tierra, lo que apunta a procesos de formación similares.

Un nuevo estudio profundiza en dos tormentas de polvo que ocurrieron cerca del Polo Norte marciano en 2019. Las tormentas se monitorearon durante la primavera en el Polo Norte, un momento en que las tormentas locales comúnmente se forman alrededor de la capa de hielo que retrocede.

Dos cámaras a bordo de Mars Express, la cámara de monitoreo visual (VMC) y la cámara estéreo de alta resolución (HRSC), junto con la cámara MARCI a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, tomaron imágenes de las tormentas desde la órbita.

La secuencia de VMC imagos muestra que las tormentas parecen crecer y desaparecer en ciclos repetidos durante un período de días, exhibiendo características y formas comunes. Las formas espirales son notablemente visibles en las vistas más amplias de las imágenes HRSC. Las espirales tienen entre 1000 y 2000 km de longitud, y su origen es el mismo que el de los ciclones extratropicales observados en las latitudes medias y polares de la Tierra.

Las imágenes revelan un fenómeno particular en Marte. Muestran que las tormentas de polvo marcianas están formadas por células de nubes más pequeñas espaciadas regularmente, dispuestas como granos o guijarros. La textura también se ve en las nubes en la atmósfera de la Tierra.

Las texturas familiares se forman por convección, por lo que el aire caliente sube porque es menos denso que el aire más frío que lo rodea. El tipo de convección que se observa aquí se llama convección de celda cerrada, cuando el aire sube en el centro de pequeñas bolsas o celdas de nubes. Los espacios del cielo alrededor de las células de la nube son las vías para que el aire más frío se hunda debajo del aire caliente que asciende.

En la Tierra, el aire ascendente contiene agua que se condensa para formar nubes. Las nubes de polvo fotografiadas por Mars Express muestran el mismo proceso, pero en Marte las columnas de aire ascendente contienen polvo en lugar de agua. El Sol calienta el aire cargado de polvo y hace que se eleve y forme células polvorientas. Las celdas están rodeadas por áreas de aire hundido que tienen menos polvo. Esto da lugar al patrón granular que también se ve en la imagen de las nubes en la Tierra.

Mediante el seguimiento del movimiento de las células en la secuencia de imágenes, se puede medir la velocidad del viento. El viento sopla sobre las características de las nubes a velocidades de hasta 140 km/h, lo que hace que la forma de las células se alargue en la dirección del viento. A pesar de las atmósferas caóticas y dinámicas de Marte y la Tierra, la naturaleza crea estos patrones ordenados.

“Al pensar en una atmósfera similar a la de Marte en la Tierra, uno podría pensar fácilmente en un desierto seco o una región polar. Es bastante inesperado, entonces, que a través del seguimiento del movimiento caótico de las tormentas de polvo, se puedan establecer paralelos con los procesos que ocurren en las regiones tropicales húmedas, calientes y decididamente muy diferentes a Marte de la Tierra”, comenta Colin Wilson, ESA’s Mars Científico del proyecto Express.

Una idea clave que se hizo posible con las imágenes VMC es la medición de la altitud de las nubes de polvo. La longitud de las sombras que proyectan se mide y se combina con el conocimiento de la posición del Sol para medir la altura de las nubes sobre la superficie marciana. Los resultados revelaron que el polvo puede alcanzar aproximadamente de 6 a 11 km sobre el suelo y las celdas tienen tamaños horizontales típicos de 20 a 40 km.

“A pesar del comportamiento impredecible de las tormentas de polvo en Marte y las fuertes ráfagas de viento que las acompañan, hemos visto que dentro de su complejidad pueden surgir estructuras organizadas como frentes y patrones de convección celular”, explica Agustín Sánchez-Levaga, de la Universidad del País. Vasco UPV/EHU (España), quien dirige el equipo científico de VMC y es el autor principal de un artículo que presenta el nuevo análisis.

Tal convección celular organizada no es exclusiva de la Tierra y Marte; observaciones de la atmósfera de Venus por Venus Express podría decirse que muestran patrones similares. “Nuestro trabajo sobre la convección seca de Marte es un ejemplo más del valor de los estudios comparativos de fenómenos similares que ocurren en las atmósferas planetarias para comprender mejor los mecanismos subyacentes en diferentes condiciones y entornos”, agrega Agustín.

Además de aprender más sobre cómo ‘funcionan’ las atmósferas planetarias, la comprensión de las tormentas de polvo es relevante para futuras misiones a Marte. En casos extremos, las tormentas de polvo pueden impedir que gran parte de la luz del Sol llegue a las células solares de los rovers en la superficie del Planeta Rojo. En 2018, un tormenta de polvo a escala planetaria no solo bloqueó la luz solar que llegaba a la superficie, sino que también cubrió de polvo los paneles solares del rover Opportunity de la NASA. Ambos factores llevaron a que el rover perdiera energía eléctrica, poniendo fin a la misión.

Monitorear la evolución de las tormentas de polvo es crucial para ayudar a proteger futuras misiones con energía solar. y eventualmente misiones tripuladas al aviónt – contra fenómenos tan poderosos.

‘Patrones celulares y convección seca en tormentas de polvo texturado en el borde del casquete polar norte de Marte‘ de A. Sánchez-Lavega et al. se publica en el Número del 15 de noviembre de 2022 de la revista Ícaro.

Las espectaculares imágenes de VMC aparecen en la portada de la revista.