MARTE, el planeta rojo, cuarto en el Sistema Solar con un tamaño aproximado de la mitad de la Tierra, actualmente tiene una atmósfera fina a consecuencia de la baja presión atmosférica (6mb en comparación a 1000mb que le corresponde a la Tierra) y constituida en más del 90% por dióxido de carbono, en menor porcentaje por nitrógeno, vapor de agua (con un alto porcentaje de deuterio), hidrógeno y otros. Recientes estudios realizados encuentran que la proporción de deuterio/hidrógeno en Marte esta enriquecida como 7 veces con relacion al valor oceánico terrestre, indicando un pasado marciano muy distinto al actual, con la presencia de océanos cubriendo la mayor parte de su superficie, canales de ríos, y otros. Estas evidencias morfológicas nos indican que su atmósfera antigua fue muy distinta a la actual. ¿Cómo fue en el pasado la atmósfera de Marte? ¿Cuál puede haber sido el motivo de sus cambios?, ¿Por qué ahora Marte es un planeta muerto? .Responder esta y otras preguntas nos ayudará a entender mejor el pasado de la atmósfera marciana y poder entender si a la Tierra le espera el mismo camino.
Ramses Ramírez, científico planetario y posdoc Estadounidense del Institute for Pale Blue Dots del Departamento de Astronomía de la Universidad de Cornell (EEUU), con doctorado en Ciencias Planetarias y Astrobiología de Pennsylvania State University, nos cuenta un poco acerca de la posible historia de la atmósfera de Marte en el pasado y porque pudo haber cambiado.
- ¿Cómo cree que fue la atmósfera de Marte en el pasado?
Bueno, hay un gran debate entre dos grupos: uno dice que Marte siempre fue frio (que tenía atmósfera densa pero no lo suficiente para tener temperaturas promedio sobre el punto de congelación) y el otro dice que fue un planeta caliente con temperaturas sobre el punto de congelación, cuyo resultado es la superficie geológica que presenta.
En mi opinión, creo que pudo haber tenido una atmósfera más densa de la que tiene ahora; puede ser que en el pasado era muy parecida a la terrestre logrando alcanzar temperaturas superficiales sobre el punto de congelación, permitiendo de ese modo la presencia de agua en su superficie y quizá albergar vida. Algunas pruebas de una atmósfera densa las encontramos en las evidencias geomórficas como las huellas de canales de ríos, estratos sedimentarios, los tipos de rocas que solo se pueden formar con la presencia de agua como la arcilla, etc., No obstante, quizás la evidencia más convincente de un antiguo Marte cálido y húmedo se encontraría a través la presencia de las extensas redes de valles ubicadas por gran parte de los terrenos más antiguos. Estos valles llegan a tener una profundidad de 1 km con una longitud de muchos cientos de km; su gran tamaño indica que requirió mucha agua para ser formados, un proceso muy similar al realizado por el Río Colorado hasta lograr su configuración actual de el Gran Cañón (Arizona).
- ¿Cuáles son las teorías más populares del clima antiguo que explican estas evidencias geomórficas del antiguo Marte?
- Hay dos diferentes puntos de vista que tratan de explicar el clima antiguo. Algunos dirían que la formación de las extensas redes de valles se puede explicar sin tener que invocar un clima caliente. Una de las ideas más destacadas en favor de un Marte frio y seco salió del grupo de Brian Toon y Teresa Segura de la Universidad de Colorado en Boulder, favoreciendo la noción que grandes impactos meteoríticos a finales del “Bombardeo Intenso Tardío” pudieron revolcar la tierra, lanzando mucha agua al atmósfera. Ellos dicen que el resultante efecto invernadero producirían temperaturas suficientemente altas por semanas hasta cientos de años, formando los valles marcianos con solo ~50 – 500 m de agua. Pero algunos geólogos planetarios (p. ej. Hoke et al., 2011) creen que se necesita mucho más agua que eso, como unos millones de metros, y por millones de años, para poder explicar la creación de los valles. En cambio, muchas teorías en favor de un Marte pasado más caliente y húmedo requieren la presencia de gases invernaderos en combinación con el dióxido de carbono y vapor de agua. El dióxido de azufre (SO2), por ejemplo, es producido por volcanes, y en concentraciones suficientemente altas, puede proveer el efecto invernadero necesario para producir temperaturas superficiales promedios sobre el punto de congelación. Sin embargo, el problema con este gas es su duración corta debido a que 1) la producción de aerosoles de sulfato tienden a enfriar el clima, y 2) si las temperaturas llegan a ser suficientemente altas como para generar lluvia, el agua lo remueve de la atmósfera.
- ¿Usted tiene alguna hipótesis de cómo pudo ser la atmósfera marciana para formar las extensas redes de valles?
- Una idea nueva realizada en conjunto con el Profesor James F. Kasting de Pennsylvania State University es que el hidrógeno (H2), en combinación con el CO2, y vapor de agua, pudo haber calentado Marte por millones de años, explicando la formación de los valles antiguos. Por si solo, el hidrógeno no sirve como gas invernadero y, siendo un gas liviano, se escapa al espacio con mucha facilidad. Sin embargo, cuando está en una atmósfera mayormente compuesta de CO2, ese CO2 ensancha sus líneas espectrales, haciendo que el H2 tenga mayor absorción en regiones espectrales donde no absorben ni el CO2 o el H2O muy bien. Para resolver el problema de las altas tasas de escape al espacio, hay que reconocer que la evidencia meteorítica de los SNCs indican un manto primitivo bien reducido con poco oxígeno. Bajo esas circunstancias se favorece una producción H2 mayor a su desaparición al espacio, dejando acumular cantidades suficientes para calentar el planeta y formar las extensas redes de valles. Nuestro estudio fue publicado en Nature Geoscience.
- Marte es un planeta poco activo. ¿En comparación con la Tierra que tan activo es?
- Definitivamente hoy la Tierra es más activo, Marte es un planeta muerto y no tiene placas tectónicas. Hay menos agua ahora y la atmósfera es fina aunque sigue con mucho dióxido de carbono. Sin embargo, la evidencia geológica indica que en el pasado Marte fue parecido a la Tierra, con muchos volcanes activos tirando muchos gases. Todavía no sabemos cuan activo era y, en base a los pocos datos que tenemos, los estimados varían mucho. En nuestra publicación en Nature Geoscience, asumimos que el calor interno generado por metro cuadrado en el Marte antiguo era igual al de la Tierra actual.
- La Sonda Mars Global Surveyor cuando se encontraba cartografiando Marte, detectó de modo casual la presencia de patrones de campo magnéticos en forma de bandas ¿Por qué este hallazgo podría indicar que la atmósfera de Marte era semejante a la Terrestre?
- Es que sabemos que en la Tierra estos patrones magnéticos son una de las evidencias más fuerte de la existencia de placas tectónicas; entonces la presencia de estos patrones magnéticos en Marte podría indicar que pudo tener placas tectónicas y haber sido un planeta caliente y activo muy similar a la Tierra; entonces estas podrían ser evidencias que indican que Marte fue distinto al de ahora, quizás en esos tiempos pudo haber evolucionado la vida y aunque hoy no exista tal vez se podría encontrar algunos fósiles de vidas pasadas, se debería enviar algún día geólogos planetarios quienes pueden escavar y buscar esa evidencia.
- Usted menciona que Marte muestra patrones magnéticos y eso podría ser la evidencia de las placas tectónicas en el pasado. ¿Quiere decir que si Marte tenía placas tectónicas, tenía agua en el pasado?
- Bueno, se cree que el agua sirve como lubricante entre las placas tectónicas en un planeta, permitiendo el movimiento entre ellas. De lo contrario, se secan y dejan de moverse; sin placas movibles el planeta va muriendo. Eso creemos que fue lo que pasó con Marte, entonces, quiere decir que había MÁS agua y un ciclo hidrológico entero que hacía que el agua se intercambiará entre la atmósfera, superficie y mar.
- ¿Cuál fue el motivo que hizo cambiar la atmósfera de Marte?
- Una de las teorías principales que explica como Marte perdió casi toda su atmósfera es la pequeña masa que tiene. La masa de un planeta indica la capacidad que tiene de soportar el calor interno. Por ejemplo: la Tierra, con el transcurso del tiempo, pudo mantener su calor interno mejor que Marte porque es más grande. En cambio, Marte por ser un planeta pequeño, perdía su calor y con el tiempo su núcleo se enfriaba hasta apagar su campo magnético como 4 billones de años atrás. Otra manera de que Marte pudo haber perdido su campo magnético es a través del calor generado por los impactes grandes durante el Bombardeo Intenso Tardío, haciendo que la convección interna se apagara. Sin campo magnético para protegerlo, el planeta se expusó mas a la energía del sol, haciendo que su atmósfera se perdiera a los eones al espacio. Otra posibilidad es que la atmósfera no se perdió enteramente al espacio sino que también el CO2 se bajó de ella, generando formaciones de carbonatos extensas por todo el planeta. Algunos investigadores dicen que esta teoría tiene problemas porque no se han observado estas formaciones extensas en la actualidad. Pero otros predicen que en una atmósfera mayormente compuesta de CO2, la lluvia sería muy acida, haciendo que los carbonatos se descompusieran y fluyeran al interior.
- ¿Por qué la atmósfera Terrestre no evolucionó del mismo modo que la Marciana?
Bueno, entre los principales factores por lo que Marte no pudo mantener su atmósfera podríamos mencionar los siguientes:
- El tamaño: el tamaño de Marte no permitió mantener su calor interno.
- La presencia del campo magnético: La Tierra pudo protegerse mejor por su campo magnético.
- La distancia al Sol: Marte como está más alejado, es más frío y requiere más gases, incluyendo dióxido de carbono para mantenerse caliente.
- La presencia de placas tectónicas: Si Marte lo tuvo, fue por poco tiempo.
- ¿Usted cree que se podría encontrar fósiles en Marte?
- No estoy seguro, pero alguien que diría que “SI” es Jack Farmer de Arizona State University (donde hice la maestría), Él diría que en Marte quizá haya fósiles, lo cual implica que la vida pudo haber evolucionado. Hay que diferenciar: Una cosa es decir que Marte fue caliente o que tuvo atmósfera densa y otra distinta es que haya evolucionado la vida. Yo creo que un planeta no requiere necesariamente tener temperaturas superficiales sobre el punto de congelación para poder ser habitable, porque aunque el planeta este frío, podrían existir microorganismos debajo de la Tierra. La importancia del agua en la superficie (y temperaturas calientes más atmósfera densa) es que le facilita detectar la vida extraterrestre. En cambio, microorganismos ubicados debajo de la tierra no pueden producir biofirmas que se puedan detectar en la órbita. Pero si el planeta está caliente y hay vida en la misma superficie, esa vida está en contacto con la atmósfera, haciendo que se produzcan biofirmas detectables. Así que puede que haya vida en Marte actual o fósiles debajo de la superficie.
- MAVEN fue lanzado el 2013 desde la Tierra y entro en órbita marciana en septiembre del 2014. El objetivo principal es estudiar la atmósfera de Marte. ¿Que se espera que encuentre?
Bueno, MAVEN tiene objetivos básicos como:
- Determinar el estado actual de la atmósfera superior, la ionosfera y las interacciones con el viento solar.
- Determinar las tasas actuales de escape de gases neutros e iones al espacio y los procesos que los controlan.
- Determinar las relaciones estables de isótopos en la atmósfera marciana.
Tengo mucha esperanza en los hallazgos de MAVEN (aunque se encuentra estudiando la atmósfera actual), quizá pueda decir algo acerca de la atmósfera pasada. Me interesa mucho el periodo de ~4 billones años atrás. Creo que se podría predecir cómo era la atmósfera de antes entendiendo los isotopos y tasas actuales de escape.
La transición de la atmosfera de Marte
