El instrumento español MEDA aporta información clave sobre la dinámica del agua en la atmósfera de Marte

Una de las grandes incógnitas del planeta rojo es la dinámica de su atmósfera, muy diferente de la terrestre. Para empezar, su atmósfera es aproximadamente 100 veces más tenue que la de nuestro planeta, lo que significa que la presión atmosférica en Marte es apenas el 0,6% de la terrestre al nivel del mar. Esto quiere decir que la presión marciana es similar a la que encontramos en la Tierra a una altitud de unos 30 km, más del doble a la que vuelan la mayoría de los aviones comerciales. Además, está compuesta en un 96% de dióxido de carbono y con apenas un 0,13% de oxígeno, una proporción insuficiente para la vida tal y como la conocemos. También incluye trazas de nitrógeno, argón y pequeñas cantidades de vapor de agua.

Conocer la dinámica de esa diminuta cantidad de agua presente en la atmósfera marciana ha sido objeto de una investigación realizada por parte de un equipo internacional de científicos liderado por Daniel Toledo del Área de Investigación e Instrumentación Atmosférica del INTA, y publicada en la revista Communications Earth & Environment de Nature. En un avance significativo para la comprensión de la atmósfera marciana, este equipo de investigadores ha demostrado que, durante el afelio -el punto más alejado de la órbita de Marte respecto al Sol-, la mesosfera del planeta (la parte de la atmósfera situada por encima de los 40 km de altitud y hasta los 100 km) experimenta una drástica reducción en la concentración de agua, tanto en forma de vapor como de hielo.

Este descubrimiento se ha podido realizar gracias a las mediciones del instrumento español MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) que forma parte del rover Perseverance de la misión Mars 2020 de la NASA, y aporta nuevas pistas sobre los procesos que regulan la pérdida de agua en Marte y la evolución de su atmósfera.

El instrumento MEDA, cuyo desarrollo ha sido liderado por el Centro de Astrobiología (INTA-CSIC), está diseñado para monitorizar las condiciones ambientales en Marte; es, en esencia, la agencia meteorológica de Marte. Sus sensores proporcionan datos sobre temperatura, presión, humedad, radiación y viento, con lo que es posible analizar con detalle la dinámica de la atmósfera marciana en distintas épocas del año. En particular, a partir de las mediciones de radiación realizadas por el sensor RDS (Radiation Dust Sensor) de MEDA durante los crepúsculos, es posible identificar los días con presencia de nubes a altitudes superiores a 30-35 km, así como determinar ciertas propiedades, como la altura y la densidad de las partículas de hielo. Al analizar un gran número de crepúsculos a lo largo de dos años marcianos consecutivos, ha sido posible establecer un patrón de estacionalidad en la frecuencia de formación de estas nubes mesosféricas.

El mecanismo detrás de la disminución de agua en la mesosfera

El fenómeno observado se explica por una interacción entre las temperaturas mínimas registradas en la troposfera marciana y la dinámica del transporte de agua hacia capas superiores. Durante el afelio, las temperaturas en la troposfera caen drásticamente, lo que favorece que el agua en forma de vapor condense, formando partículas de hielo que se acumulan en las capas bajas de la atmósfera. Esta condensación actúa como una barrera natural que limita la cantidad de agua que puede ascender hacia la mesosfera, un fenómeno conocido como trampa de frío. Simulaciones por ordenador realizadas por este equipo de investigadores han demostrado que este enfriamiento reduce drásticamente la cantidad de vapor de agua que puede ascender a las capas superiores de la atmósfera. En términos prácticos, el agua queda "atrapada" en altitudes inferiores, limitando su transporte hacia las capas altas, donde la radiación solar descompone las moléculas de agua y el hidrógeno se escapa al espacio.

“El aumento de la condensación de vapor de agua en la troposfera durante el afelio limita significativamente el transporte vertical de agua hacia las capas superiores de la atmósfera, como la mesosfera. Como consecuencia, procesos clave que ocurren en la alta atmósfera de Marte, como la pérdida de agua del planeta, se ven considerablemente reducidos durante este período”, explica Daniel Toledo.

Un ciclo estacional

Este comportamiento es especialmente notable durante los meses marcianos cercanos al verano del hemisferio norte, cuando el planeta se encuentra cerca del afelio y las temperaturas en la troposfera son más bajas. En este período, la reducción en la cantidad de vapor de agua por encima de los 35 kilómetros disminuye la tasa de fotodisociación del agua en la alta atmósfera, lo que a su vez reduce las pérdidas de hidrógeno atómico al espacio. Por el contrario, durante los periodos en los que las temperaturas troposféricas son más altas (cercanos al perihelio) se transportan mayores cantidades de vapor de agua a la alta atmósfera, lo que incrementa las tasas de fotodisociación del agua y, en consecuencia, las pérdidas de hidrógeno al espacio. A largo plazo, estos procesos contribuyen al debilitamiento gradual de la atmósfera marciana y a la pérdida progresiva de su agua a lo largo de miles de millones de años.

Oficina de Transferencia del Conocimiento