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La misión ExoMars descubre un nuevo gas en Marte y rastrea cómo pierde agua

El orbitador TGO de la misión europea y rusa ExoMars ha encontrado por primera vez cloruro de hidrógeno en la atmósfera de Marte, generado con la ayuda del polvo que llega desde las costras saladas de su superficie. También ofrece información inédita sobre la pérdida de agua en el planeta rojo a partir de la relación entre las cantidades de hidrógeno y deuterio.

Ilustración del Trace Gas Orbiter (TGO) de la misión ExoMars. / ESA–D. Ducros

Aunque este mes de febrero han llegado dos nuevas naves a Marte (Hope de Emiratos y Tienwen-1de China) y el rover Pereverance de la NASA lo hará el próximo día 18, las misiones que ya operan allí desde hace años no dejan de enviar información relevante sobre el planeta rojo.

Dos nuevos hallazgos del equipo de ExoMars, publicados en un par de estudios en la revista Science Advances, aportan nuevos datos sobre algunos de los objetivos principales en la exploración de Marte: la búsqueda de gases atmosféricos vinculados a la actividad biológica o geológica, así como el desarrollo de un inventario del agua del planeta rojo, tanto en el pasado como en el presente, para determinar si pudo ser habitable y si algún depósito de agua se halla accesible para las futuras misiones tripuladas.

Por primera vez se ha descubierto cloruro de hidrógeno (HCl) en Marte, que sugiere una interacción entre la superficie y la atmósfera completamente nueva impulsada por las estaciones en las que se producen tormentas de polvo

En concreto, los instrumentos de TGO han detectado cloruro de hidrógeno en la atmósfera de Marte y han rastreado cómo pierde agua, revelando una clase de química totalmente nueva y aportando información novedosa sobre cambios estacionales e interacciones sobre la superficie marciana.

“Esta la primera vez que descubrimos cloruro de hidrógeno (HCl) en Marte. Se trata de la primera detección de un gas halógeno (del grupo 7 de la tabla periódica: flúor, cloro, bromo, etc) en la atmósfera marciana, lo que representa un nuevo ciclo químico que llegar a entender”, apunta Kevin Olsen, de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y uno de los científicos principales responsables del descubrimiento. 

El cloruro de hidrógeno (HCl), formado por un átomo de hidrógeno y uno de cloro, forma parte del grupo de gases con base de azufre y cloro a los que los especialistas en Marte prestan especial atención por ser indicadores de la actividad volcánica. Sin embargo, la naturaleza de las observaciones de esta molécula detectada en lugares muy distantes a la vez y sin la presencia de otros gases asociados a la actividad volcánica, apunta a una fuente distinta.

Tormentas marcianas de polvo

En este caso el descubrimiento sugiere una interacción entre la superficie y la atmósfera completamente nueva, impulsada por las estaciones en las que se produce y se levanta polvo en Marte. 

En un proceso muy similar al que se observa en la Tierra, de tal forma que las sales en forma de cloruro de sodio, restos de antiguos océanos evaporados e incrustadas en la superficie de Marte, son elevadas a la atmósfera por los vientos. La luz solar calienta la atmósfera y hace que se eleve el polvo, así como el vapor de agua liberado desde los casquetes polares. 

El polvo salado reacciona con el agua atmosférica para liberar cloro, que luego reacciona con moléculas que contienen hidrógeno para crear cloruro de hidrógeno. Así, estaríamos ante un escenario químico donde el agua representa un papel fundamental, y donde también parece haber una correlación con el polvo, ya que se observa más cloruro de hidrógeno cuando aumenta la actividad del polvo, que a su vez está relacionado con el calentamiento estacional, especialmente en el hemisferio sur. 

El equipo detectó por primera vez el gas simultáneamente en los hemisferios norte y sur durante la tormenta de polvo global en 2018, y fue testigo de su desaparición, sorprendentemente rápida, al final del período estacional del polvo. En la actualidad están analizando los datos recopilados durante la siguiente temporada de polvo donde, de nuevo, se observa un aumento en el cloruro de hidrógeno. 

Posible ciclo de hidruro de cloro en Marte. / ESA

“Es la primera clase de gas nueva descubierta desde la observación de metano por parte de Mars Express de la ESA en 2004, lo que dio lugar a la búsqueda de otras moléculas orgánicas y acabó culminando en el desarrollo de la misión TGO, cuyo principal objetivo es la detección de nuevos gases”, ”, indica Håkan Svedhem, científico del proyecto TGO de ExoMars para la ESA. 

Vapor de agua con información sobre la evolución del clima

Además de descubrir nuevos gases, el TGO está revolucionando la comprensión sobre cómo Marte perdió su agua, un proceso también asociado a los cambios estacionales. 

Se cree que en el pasado corrió agua líquida por la superficie marciana, como evidencian numerosos ejemplos de antiguos valles y canales fluviales secos. En la actualidad, la mayoría del agua se encuentra atrapada en los casquetes de hielo y bajo el suelo. Pero Marte sigue perdiendo agua a día de hoy en forma de hidrógeno y oxígeno que escapa de la atmósfera. 

La proporción entre deuterio e hidrógeno que ha analizado el orbitador TGO funciona a modo de reloj, ya que informa sobre la historia del agua en Marte y sobre cómo evolucionó su pérdida a lo largo del tiempo

Entender la interrelación de potenciales depósitos de agua y su comportamiento estacional y a largo plazo es fundamental para comprender la evolución del clima del planeta rojo. 

Esto puede conseguirse estudiando el vapor de agua y el agua 'semipesada', en la que un átomo de hidrógeno (con un protón y un electrón) se sustituye por un átomo de deuterio (que incluye también un neutrón).

La proporción entre deuterio e hidrógeno funciona a modo de reloj, ya que informa sobre la historia del agua en Marte y sobre cómo evolucionó su pérdida con el tiempo. La misión ExoMars-TGO de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la rusa Roscosmos permite observar la trayectoria de los distintos tipos de agua a medida que se elevan en la atmósfera con un detalle sin precedentes, ya que las mediciones anteriores solo aportaban el promedio sobre la profundidad de toda la atmósfera. 

Orbitador TGO de ExoMars observando agua en la atmósfera marciana. Estudia el vapor de agua y sus componentes a medida que se eleva a través de la atmósfera y sale al espacio. Al observar específicamente la relación entre el hidrógeno y su contraparte más pesado, el deuterio, se puede rastrear la evolución de la pérdida de agua a lo largo del tiempo. / ESA

“Es como si antes solo tuviéramos una vista en dos dimensiones, en tanto que ahora podemos explorar la atmósfera marciana en 3D”, indica la coautora Ann Carine Vandaele, investigadora del instituto BIRA-IASB de Bélgica y líder del instrumento NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) que se utilizó para esta investigación y en el que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Los nuevos datos muestran que, una vez que el agua se vaporiza por completo, muestra un gran enriquecimiento en agua semipesada y una relación entre deuterio e hidrógeno seis veces mayor que la terrestre en todos los depósitos de Marte, lo que confirma que, con el tiempo, se han perdido grandes cantidades de agua.

Tres fenómenos relevantes

Los datos de ExoMars recopilados entre abril de 2018 y abril de 2019 también mostraban tres fenómenos que aceleraron la pérdida de agua desde la atmósfera: la tormenta de polvo planetaria de 2018, una tormenta regional breve pero intensa en enero de 2019 y la liberación de agua del casquete de hielo polar sur durante los meses de verano, asociada al cambio de estación. Destaca especialmente una columna de vapor de agua que se elevó durante el verano del hemisferio sur que podría inyectar agua a la atmósfera superior cada año de forma estacional.

Futuras observaciones con otras naves, como MAVEN de la NASA, que se centra en la atmósfera superior, ofrecerán datos complementarios sobre la evolución del agua a lo largo del año marciano

Futuras observaciones coordinadas con otras naves, como MAVEN de la NASA, que se centra en la atmósfera superior, ofrecerán datos complementarios sobre la evolución del agua a lo largo del año marciano, cuya meteorología también estudiará la sonda árabe Hope.

“Estos dos trabajos certifican los instrumentos que están caracterizando la atmósfera de Marte: desde el descubrimiento y detección de la presencia de cloruro de hidrógeno, en cantidades muy pequeñas pero suficientes para ser detectadas y cuantificadas por los instrumentos NOMAD y otro denominado ACS, a la caracterización y cuantificación del escape del agua del planeta, midiendo incluso la fracción de agua pesada que escapa en relación al total. Esto constituye un paso importantísimo para entender la historia de la evolución de la atmósfera de Marte, desde una atmósfera más densa y con una mayor cantidad de agua hasta la débil atmósfera que presenta en la actualidad”, concluye el coautor José Juan López-Moreno, investigador del IAA-CSIC que participa en los resultados y en el consorcio del instrumento NOMAD.

Referencias:

O. Korablev et al. “Transient HCl in the atmosphere of Mars”. Science Advances, feb 2021

G. Villanueva et al. “Water heavily fractionated as it ascends on Mars as revealed by ExoMars/NOMAD”. Science Advances, feb 2021

Fuente: ESA/IAA-CSIC
Derechos: Creative Commons.
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