ExoMars encuentra nuevas huellas de gas en la atmósfera marciana.
El Satélite para el estudio de Gases Trazade ExoMars de la ESA ha detectado nuevas huellas de gases en el Planeta Rojo, que nos descubren nuevos enigmas sobre la atmósfera marciana y permitirán detectar con mayor precisión si existe metano, un gas asociado con la actividad geológica o biológica.
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| Impresión artística del Orbitador de gases de rastreo ExoMars 2016 en Marte. |
El Satélite para el estudio de Gases Traza (TGO) lleva más de dos años en órbita estudiando Marte. La misión busca comprender la mezcla de gases que conforma la atmósfera marciana, y más concretamente el misterio que rodea a la presencia de metano en el planeta.
Tras un año marciano de observaciones con su sensible Conjunto de Química Atmosférica (ACS), el satélite ha detectado huellas de ozono (O3) y dióxido de carbono (CO2) hasta ahora desconocidas. Estos hallazgos se describen en dos artículos publicados en Astronomy & Astrophysics, uno dirigido por Kevin Olsen, de la Universidad de Oxford (Reino Unido) y otro por Alexander Trokhimovskiy, del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia en Moscú.
“Estas huellas son sorprendentes y desconcertantes”, reconoce Kevin. “Se encuentran por encima de las longitudes de onda precisas en las que esperaríamos encontrar las huellas de metano más evidentes. Antes de este descubrimiento, la característica de CO2 era totalmente desconocida, y es la primera vez que se identifica ozono en Marte en esta porción del espectro infrarrojo”.
La atmósfera marciana está dominada por el CO2, que los científicos observan para medir las temperaturas, rastrear las estaciones, explorar la circulación del aire y mucho más. El ozono —que forma una capa en la alta atmósfera tanto de Marte como de la Tierra— ayuda a mantener estable la química atmosférica. Naves como la sonda Mars Express de la ESA han detectado CO2 y ozono, pero la sensibilidad sobresaliente del ACS a bordo del TGO ha hecho posible revelar nuevos detalles sobre cómo estos gases interactúan con la luz.
Observar en el ozono en el rango donde el TGO busca metano es un resultado que nadie anticipaba. Aunque los científicos ya han cartografiado las variaciones del ozono marciano en función de la altitud, hasta ahora habían empleado métodos que dependían de las huellas de gas en el ultravioleta, una técnica que solo permite efectuar mediciones a altitudes elevadas (a más de 20 km por encima de la superficie).
Los nuevos resultados del ACS demuestran que también es posible cartografiar el ozono marciano en el infrarrojo, por lo que su comportamiento se puede medir a altitudes menores para obtener una visión más detallada de su papel en el clima del planeta.
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| Firmas espectrales de dióxido de carbono y ozono en Marte. Este gráfico muestra un ejemplo de las mediciones realizadas por el instrumento MIR Atmospheric Chemistry Suite (ACS) en el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA, con las firmas espectrales de dióxido de carbono (CO2) y ozono (O3). El panel inferior muestra los datos (azul) y un modelo de mejor ajuste (naranja). El panel superior muestra las contribuciones modeladas de una variedad de gases diferentes para este rango espectral. Las líneas más profundas provienen del vapor de agua (azul claro). La característica de O3 más fuerte (verde) está a la derecha, y las líneas de CO2 distintas (grises) aparecen a la izquierda. Las ubicaciones de las características fuertes de metano (naranja) también se muestran en las contribuciones modeladas, aunque no se observa metano en los datos de TGO. Crédito: K. Olsen et al. (2020). |
Desvelando el misterio del metano.
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| Cómo crear y destruir metano en Marte. Cómo se crea y destruye el metano en Marte es una cuestión importante para comprender las diversas detecciones y no detecciones de metano en Marte, con diferencias tanto en el tiempo como en la ubicación. Aunque constituye una cantidad muy pequeña del inventario atmosférico general, el metano en particular contiene pistas clave sobre el estado actual de actividad del planeta. Este gráfico muestra algunas de las posibles formas en que se puede agregar o eliminar el metano de la atmósfera. Una posibilidad interesante es que el metano sea generado por microbios. Si se entierra bajo tierra, este gas podría almacenarse en formaciones de hielo estructuradas en celosía conocidas como clatratos y liberarse a la atmósfera mucho más tarde. El metano también se puede generar por reacciones entre el dióxido de carbono y el hidrógeno (que, a su vez, puede producirse por reacción de agua y rocas ricas en olivino), por desgasificación magmática profunda o por degradación térmica de materia orgánica antigua. Una vez más, esto podría almacenarse bajo tierra y desgasificarse a través de grietas en la superficie. El metano también puede quedar atrapado en bolsas de hielo poco profundas, como el permafrost estacional. La radiación ultravioleta puede generar metano, a través de reacciones con otras moléculas o material orgánico que ya está en la superficie, como el polvo de cometa que cae sobre Marte, y descomponerlo. Las reacciones ultravioleta en la atmósfera superior (por encima de 60 km) y las reacciones de oxidación en la atmósfera inferior (por debajo de 60 km) actúan para transformar el metano en dióxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua, y dan lugar a una vida útil de la molécula de unos 300 años. El metano también puede distribuirse rápidamente por todo el planeta mediante la circulación atmosférica, lo que diluye su señal y dificulta la identificación de fuentes individuales. Debido a la vida útil de la molécula al considerar los procesos atmosféricos, cualquier detección hoy implica que se ha lanzado relativamente recientemente. Pero se han propuesto otros métodos de generación y destrucción que explican las detecciones más localizadas y también permiten una eliminación más rápida del metano de la atmósfera, más cerca de la superficie del planeta. El polvo es abundante en la atmósfera inferior por debajo de los 10 km y puede desempeñar un papel, junto con las interacciones directamente con la superficie. Por ejemplo, una idea es que el metano se difunde o "se filtra" a través de la superficie en regiones localizadas y se adsorbe nuevamente en el regolito de la superficie. Otra idea es que los fuertes vientos que erosionan la superficie del planeta permiten que el metano reaccione rápidamente con los granos de polvo, eliminando la firma del metano. Las tormentas de polvo estacionales y los remolinos de polvo también podrían acelerar este proceso. La exploración continua en Marte, desde la órbita y la superficie por igual, junto con experimentos de laboratorio y simulaciones, ayudará a los científicos a comprender mejor los diferentes procesos involucrados en la generación y destrucción de metano. Crédito: ESA |
Uno de los principales objetivos del TGO es explorar el metano. Hasta la fecha, las señales de metano marciano —detectadas en principio por misiones como Mars Express de la ESA en órbita y el róver Curiosity de la NASA en superficie— son variables y hasta cierto punto enigmáticas.
Aunque también se genera mediante procesos geológicos, la mayoría del metano de la Tierra es producido por organismos vivos, desde las bacterias hasta la ganadería y otras actividades humanas. Por este motivo resulta emocionante detectar metano en otros planetas, sobre todo porque es sabido que este gas se descompone al cabo de unos cuatrocientos años, lo que implica que todo el metano presente debe haberse generado o liberado en un pasado relativamente reciente.
“Descubrir una huella de CO2 imprevista donde buscamos metano es significativo”, apunta Alexander Trokhimovskiy. “Hasta ahora no habíamos tenido en cuenta esta huella y es posible que afectara a las detecciones de cantidades pequeñas de metano en Marte”.
La mayoría de las observaciones analizadas por Alexander, Kevin y sus colaboradores se llevaron a cabo en momentos distintos de los que mostraban las detecciones de metano en Marte. Además, los datos del TGO no incluyen grandes columnas de metano, solo cantidades pequeñas, por lo que ahora mismo no hay discrepancias directas entre las misiones.
“De hecho, estamos trabajando activamente en coordinar las mediciones con otras misiones”, aclara Kevin. “En lugar de poner en duda las afirmaciones anteriores, este hallazgo sirve para motivarnos a todos los equipos a mirar con más atención: cuanto más sepamos, con mayor profundidad y precisión podremos explorar la atmósfera marciana”.
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| Nueva característica espectral de dióxido de carbono descubierta en Marte. Este gráfico muestra una nueva característica espectral de CO2, nunca antes observada en el laboratorio, descubierta en la atmósfera marciana por el instrumento MIR Atmospheric Chemistry Suite (ACS) en el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA. El gráfico muestra la extensión completa de la banda de absorción del dipolo magnético de la molécula 16O12C16O (uno de los diversos 'isotopólogos' del CO2). El panel superior muestra los espectros ACS MIR (mostrados en negro) junto con la contribución modelada de CO2 y H2O (mostrados en azul); el modelo se basa en la base de datos HITRAN 2016. El panel inferior muestra la diferencia entre los datos y el modelo, o residuos, revelando la estructura de la banda de absorción en detalle. Las posiciones calculadas de las líneas espectrales están marcadas con flechas, en diferentes colores correspondientes a diferentes 'ramas' de la banda de absorción (el rojo representa la rama P, el verde para la rama Q y el azul para la rama R). Crédito: A. Trokhimovskiy et al. (2020). |
Revelando el potencial de ExoMars.
Una colaboración de éxito para buscar vida.
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| Comparando las atmósferas de Marte y la Tierra. Marte tiene aproximadamente la mitad del tamaño de la Tierra en diámetro y tiene una atmósfera mucho más delgada, con un volumen atmosférico inferior al 1% del de la Tierra. La composición atmosférica también es significativamente diferente: principalmente a base de dióxido de carbono, mientras que la de la Tierra es rica en nitrógeno y oxígeno. La atmósfera ha evolucionado: la evidencia en la superficie sugiere que Marte alguna vez fue mucho más cálido y húmedo. Entender si la vida pudo haber existido alguna vez en tales condiciones es uno de los temas candentes de la exploración de Marte y de la misión ESA-Roscosmos ExoMars. El ExoMars Trace Gas Orbiter es capaz de detectar la composición de los gases traza del planeta, que constituyen menos del 1% en volumen de la atmósfera de un planeta, en cantidades diminutas. Aunque constituye una cantidad muy pequeña del inventario atmosférico general, el metano en particular contiene pistas clave sobre el estado actual de actividad del planeta. En la Tierra, los organismos vivos liberan gran parte del metano del planeta. También es el componente principal de los yacimientos de gas de hidrocarburos naturales, y la actividad volcánica e hidrotermal también aporta una contribución. Debido al papel clave que desempeña la biología natural en la producción de metano de la Tierra, confirmar la existencia de metano en Marte y distinguir entre sus fuentes potenciales es una de las principales prioridades del ExoMars Trace Gas Orbiter. Crédito: ESA. |
Más información.
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| Impresión artística del rover ExoMars 2020 (primer plano), la plataforma científica de superficie (fondo) y el Trace Gas Orbiter (arriba). No a escala. Crédito: ESA / ATG medialab |
Los artículos “First detection of ozone in the mid-infrared at Mars: implications for methane detection”, de K. S. Olsen et al. (2020), y “First observation of the magnetic dipole CO2 absorption band at 3.3 μm in the atmosphere of Mars by the ExoMars Trace Gas Orbiter ACS instrument”, de A. Trokhimovskiy et al. (2020), están publicados en Astronomy & Astrophysics.
