ExoMars descubre un nuevo gas e indicios de pérdida de agua en Marte

El satélite TGO de ExoMars observa el agua a través de la atmósfera de Marte. Crédito: ESA.

Uno de los principales retos de la exploración marciana es buscar gases atmosféricos asociados a actividad biológica y geológica, así como entender el pasado y el presente del agua en el Planeta Rojo para determinar si llegó a ser habitable en algún momento y si podría haber reservas de agua accesibles para la futura exploración humana. Dos nuevos hallazgos del equipo del satélite TGO (Trace Gas Orbiter) de la misión ExoMars desvelan una clase de química totalmente nueva y ofrecen nuevos datos sobre los cambios estacionales y las interacciones superficie-atmósfera como fuerzas propulsoras de estas observaciones.

Un nuevo tipo de química

“Esta es la primera vez que descubrimos cloruro de hidrógeno en Marte. Se trata de la primera detección de un gas halógeno 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 gas de cloruro de hidrógeno, o HCl, comprende un átomo de hidrógeno y otro de cloro. Los especialistas en Marte siempre buscan gases basados en cloro o azufre porque son posibles indicadores de actividad volcánica. Pero la naturaleza de las observaciones de cloruro de hidrógeno –el hecho de que se detectara simultáneamente en ubicaciones muy alejadas y la ausencia de otros gases que podrían esperarse de la actividad volcánica– apuntaba a otro tipo de fuente. Es decir, el descubrimiento sugiere una interacción superficie-atmósfera totalmente nueva y propiciada por las polvorientas estaciones marcianas que hasta entonces no se había explorado.

Siguiendo un proceso muy similar al visto en la Tierra, las sales en forma de cloruro sódico –restos de la evaporación de océanos e incrustados en la superficie polvorienta de Marte– se elevan a la atmósfera arrastrados por los vientos. La luz solar calienta la atmósfera haciendo que asciendan el polvo y el vapor de agua liberado de los casquetes de hielo. El polvo salino reacciona con el agua de la atmósfera liberando cloro, que a su vez reacciona con las moléculas que contienen hidrógeno para crear cloruro de hidrógeno. Durante otras reacciones, el polvo rico en cloro o en ácido clorhídrico podría regresar a la superficie, tal vez en forma de percloratos, un tipo de sales compuestas por oxígeno y cloro.

“Hace falta vapor de agua para liberar cloro y hacen falta los subproductos del agua (hidrógeno) para formar cloruro de hidrógeno. Así que el agua es clave para esta reacción química”, señala Kevin. “También hemos observado una correlación con el polvo: vemos más cloruro de hidrógeno cuando aumenta la actividad del polvo, un proceso asociado al calentamiento estacional del hemisferio sur”.

Posible ciclo del cloruro de hidrógeno en Marte. Crédito: ESA.

El equipo detectó el gas por primera vez durante la tormenta de polvo planetaria de 2018, cuando apareció en los hemisferios norte y sur al mismo tiempo, y observó su desaparición, sorprendentemente rápida, al final de este polvoriento periodo estacional. Además, sus miembros ya están estudiando los datos recopilados durante la siguiente estación de polvo y han visto como el nivel de HCl vuelve a aumentar.

“Resulta enormemente satisfactorio ver que la gran sensibilidad de nuestros instrumentos ha permitido detectar un gas nunca visto en la atmósfera de Marte”, reconoce Oleg Kirablev, investigador principal de ACS, el instrumento que hizo el descubrimiento. “Nuestro análisis asocia la generación y declive del gas de cloruro de hidrógeno con la superficie marciana”.

Se necesitarán exhaustivas pruebas de laboratorio y simulaciones de la atmósfera planetaria para comprender mejor la interacción del cloro entre la superficie y la atmósfera, así como observaciones continuas de Marte para confirmar que el aumento y descenso del HCl se debe al verano en el hemisferio sur.

“El descubrimiento del primer gas traza nuevo en la atmósfera de Marte constituye todo un hito para la misión TGO”, indica Håkan Svedhem, científico del proyecto TGO de ExoMars para la 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”.

El ascenso del vapor de agua arroja luz sobre la evolución del clima

Además de descubrir nuevos gases, el TGO está revolucionando nuestra 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 de Marte, 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.

Entender la interrelación de potenciales depósitos de agua y su comportamiento estacional y a largo plazo es fundamental para comprender la evolución del clima de Marte. Esto puede conseguirse estudiando el vapor de agua y el agua “semipesada”, en la que un átomo de hidrógeno se sustituye por un átomo de deuterio, una forma de hidrógeno con un neutrón adicional.

“La relación deuterio-hidrógeno (D/H) es nuestro cronómetro: una potente métrica que nos habla de la historia del agua en Marte y de cómo su pérdida ha evolucionado a lo largo del tiempo. Gracias al TGO de ExoMars, ahora podemos entender mejor este cronómetro y calibrarlo para probar potenciales nuevos depósitos de agua en el Planeta Rojo”, explica Gerónimo Villanueva, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y autor principal del nuevo resultado.

“Gracias al TGO podemos observar la trayectoria de los isotopólogos conforme ascienden en la atmósfera con un nivel de detalles imposible hasta ahora. Anteriores mediciones ofrecían únicamente un promedio sobre la profundidad de toda la atmósfera. Es como si antes solo tuviéramos una imagen bidimensional y ahora pudiéramos explorar la atmósfera en 3D”, aclara Ann Carine Vandaele, investigadora principal del instrumento NOMAD, utilizado para esta investigación.

Las nuevas mediciones revelan una drástica variabilidad en la relación D/H según la altitud y la estación a medida que el agua asciende desde su ubicación original. “Resulta interesante que los datos muestren que, una vez que el agua se ha evaporado completamente, en la mayoría de casos muestra un gran enriquecimiento del agua semipesada y una relación D/H seis veces mayor que en la Tierra y común a todos los depósitos de Marte, lo que confirma que con el tiempo se han perdido grandes cantidades de agua”, añade Giuliano Liuzzi, de la Universidad Americana y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, uno de los principales científicos de la investigación.

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. Cabe señalar 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.

Ilustración que grafica los tres modos de observación de TGO. Izquierda: observación directa de la luz solar reflejada por la superficie y la atmósfera. Centro: Observación de los gases de la atmósfera a través del horizonte. Derecha: Los instrumentos apuntan hacia el Sol a través de la atmósfera y observan cómo los distintos compuestos absorben la luz solar. Crédito: ESA/ATG medialab.

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.

“Las distintas estaciones en Marte y, especialmente, el verano relativamente cálido del hemisferio sur parecen ser los causantes de nuestras nuevas observaciones, como la mayor pérdida de agua atmosférica y la actividad del polvo asociada a la detección de cloruro de hidrógeno que hemos visto en los últimos dos estudios”, concluye Håkan. “Las observaciones del TGO nos están permitiendo explorar la atmósfera marciana como nunca”.

Los artículos “Transient HCl in the atmosphere of Mars” y “Water heavily fractionated as it ascends on Mars as revealed by ExoMars/NOMAD” fueron publicados el 10 de febrero de 2021 en Science Advances.

Fuente: ESA