Descubren volcanes con escarcha en los trópicos de Marte

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La escarcha está depositado sobre los volcanes Tharsis: los volcanes más altos no sólo de Marte sino del Sistema Solar. Fue vista por primera vez por el ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), y más tarde por otro instrumento a bordo del TGO y el Mars Express, ambos de la ESA.

“Pensábamos que era imposible que se formara escarcha alrededor del ecuador de Marte, ya que la mezcla de luz solar y una delgada atmósfera mantiene las temperaturas relativamente altas tanto en la superficie como en la cima de las montañas, a diferencia de lo que vemos en la Tierra, donde se podría esperar ver picos helados. Su existencia aquí es emocionante e insinúa que hay procesos excepcionales en juego que están permitiendo que se forme escarcha’, señaló Adomas Valantinas, autor principal del estudio, quien hizo el descubrimiento como estudiante de doctorado en la Universidad de Berna, Suiza, y ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Brown, EE.UU.

Vista oblicua de Olympus Mons, el volcán más elevado de todo el sistema solar

Esta vista oblicua en perspectiva simulada muestra Olympus Mons, el volcán más alto, no sólo de Marte, sino de todo el Sistema Solar. El volcán mide unos 600 km. de diámetro. Estos datos fueron obtenidos por la High Resolution Stereo Camera a bordo de la Mars Express de la ESA, y el ángulo de perspectiva oblicuo se creó posteriormente utilizando un modelo de elevación digital (DEM). Los datos se recopilaron como parte de una nueva investigación que revela por primera vez agua congelada cerca del ecuador de Marte (una parte del planeta donde se pensaba que era improbable que existieran heladas). La escala vertical está exagerada en un factor de cinco. Crédito de la imagen: ESA/DLR/FU Berlin-A. Valantinas.

Estas zonas escarchadas están presentes durante algunas horas alrededor del amanecer antes de evaporarse a causa de la radiación solar. Pese a que son muy delgadas (probablemente de sólo una centésima de milímetro de grosor,tan gruesas como un cabello humano), cubren una área extensa. La cantidad de escarcha representa alrededor de 150.000 toneladas de agua, el equivalente a aproximadamente 60 piscinas olímpicas, que se intercambian entre la superficie y la atmósfera cada día durante las estaciones frías.

Un microclima especial
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En Marte, la región de Tharsis alberga numerosos volcanes, incluidos Olympus Mons (Monte Olimpo) y Tharsis Montes: Ascraeus, Pavonis y Arsia Mons. Muchos de estos volcanes son colosales y se elevan sobre las llanuras circundantes a alturas que van desde una (Pavonis Mons) a tres (Olympus Mons) veces la del Monte Everest de la Tierra.

En sus cimas, estos volcanes tienen calderas, grandes huecos causados por el vaciado de cámaras de magma durante erupciones pasadas. Los investigadores proponen que el aire circula de forma peculiar por encima de Tharsis; esto crea un microclima único dentro de las calderas de los volcanes que permite la formación de parches de escarcha.

Topografía de la región de Tharsis, en Marte

Este mapa contextual se basa en datos del experimento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) a bordo de la misión Mars Global Surveyor (MGS) de la NASA. Muestra la porción de Marte capturada por la cámara estéreo de alta resolución a bordo de la nave espacial Mars Express de la ESA para celebrar el 15º aniversario de la misión: la intrigante y alguna vez activa provincia de Tharsis. Crédito de la imagen: NASA/MGS/MOLA Science Team, FU Berlin

El mapa precedente fue creado por el Planetary Sciences and Remote Sensing group de la Freie Universität Berlin, Alemania. En esta vista en la que aparecen algunos nombres, están: el extenso sistema de cañones de Valles Marineris, el sistema de fisuras en forma de red que comprende Noctis Labyrinthus, dos de los cuatro volcanes, el polo norte y la llamada dicotomía marciana: la diferencia de altitud entre las regiones norte y sur de Marte. Las áreas a mayor altitud se muestran en tonos rojo-naranja, mientras que las de menor altitud se muestran en azul-verde (como lo indica la escala en la parte inferior izquierda de la imagen).

Vientos marcianos
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“Los vientos suben por las laderas de las montañas, llevando aire relativamente húmedo desde cerca de la superficie a mayores altitudes, donde se condensa y se asienta en forma de escarcha”, explicó Nicolas Thomas, coautor del paper, investigador principal del sistema de imágenes de superficie estéreo y en color de TGO (CaSSIS) y supervisor del doctorado de Adomas en la Universidad de Berna. “De hecho, vemos que esto sucede en la Tierra y otras partes de Marte, con el mismo fenómeno que causa la Arsia Mons Elongated Cloud”.

“La escarcha que vemos sobre los volcanes de Marte parece asentarse especialmente en las regiones sombreadas de las calderas, donde las temperaturas son más frías”, añadió.

Adomas, Nicolas y sus colegas detectaron escarcha en los volcanes Tharsis de Olympus, Arsia y Ascraeus Mons y Ceraunius Tholus. Modelar cómo se forman estas heladas podría permitir a los científicos revelar más secretos que aún quedan en Marte, incluido dónde existe el agua y cómo se mueve entre los depósitos, y comprender la compleja dinámica atmosférica del planeta. Este conocimiento es esencial para la futura exploración de Marte y la búsqueda de posibles signos de vida más allá de la Tierra.

Escarcha en el interior del volcán marciano Monte Olimpo, captado por la cámara estéreo de alta resolución a bordo de Mars Express

Olympus Mons mide unos 600 kilómetros de diámetro. La imagen fue obtenida temprano en la mañana (7:20 am, hora solar local, LST) por la cámara estéreo de alta resolución a bordo de la Mars Express de la ESA, y tomada como parte de una nueva investigación que revela por primera vez agua helada cerca del ecuador de Marte (una parte del planeta donde se pensaba que era improbable que existieran escarcha). Crédito de la imagen: ESA/DLR/FU Berlin-A. Valantinas.

¿Por qué no lo vimos antes?
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Este descubrimiento marca la primera vez que se encuentra escarcha en el ecuador marciano. ¿Por qué no fue visto antes?

“Hay varias razones: en primer lugar, necesitamos una órbita que nos permita observar un lugar temprano en la mañana. Mientras que los dos orbitadores de Marte de la ESA (Mars Express y TGO) tienen este tipo de órbitas y pueden observar en cualquier momento del día, muchos de otras agencias están sincronizados con el Sol y sólo pueden observar por la tarde”, dijo Adomas.

“En segundo lugar, la deposición de escarcha está relacionada con estaciones marcianas más frías, lo que hace que la ventana para detectarlo sea aún más estrecha. En definitiva, tenemos que saber dónde y cuándo buscar heladas efímeras. Estábamos buscándolo cerca del ecuador para otras investigaciones, ¡pero no esperábamos verlo en las cimas de los volcanes de Marte!"

ExoMars espía el hielo en Ceraunius Tholus

Esta imagen muestra hielo en el suelo de la caldera del volcán Ceraunius Tholus. La escarcha se muestra en azul. Este color azul se debe a la forma en que CaSSIS construye sus imágenes, utilizando canales tanto del infrarrojo cercano como del visible: la llamada imagen ‘NPB’, a diferencia de la típica imagen RGB (rojo-verde-azul). Combina los filtros de infrarrojo cercano (N), pancromático (P) y azul (B) del instrumento. Esto proporciona más información sobre la diversidad espectral de una característica en una amplia gama de longitudes de onda invisibles para el ojo humano. Crédito de la imagen: ESA/TGO/CaSSIS

Los cuatro fotogramas muestran (A) una vista contextual de gran angular de Ceraunius Tholus desde la cámara contextual del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, con observaciones matutinas realizadas por CaSSIS superpuestas dentro del rectángulo en tonos azules. Este rectángulo se muestra en primer plano en el cuadro (B), con un rectángulo blanco adicional que marca una imagen aún más ampliada, que se muestra en el cuadro (C). (C) muestra heladas ubicuas en el fondo de la caldera, pero ninguna en el borde de la caldera. (D) muestra una imagen CaSSIS de la misma región adquirida en un momento diferente del día, cuando no hay escarcha. Ambas imágenes de CaSSIS mostradas en (B) y (D) se adquirieron utilizando una configuración de observación similar, lo que sugiere que es poco probable que la aparente presencia de escarcha se deba a algún efecto fotométrico. La imagen (B) se adquirió a principios de la primavera en el norte y (D) a finales del invierno en el norte marciano.

El norte está hacia arriba en todos los fotogramas y las escalas de las imágenes se indican en la parte inferior derecha de cada fotograma. La hora solar local (LST) se muestra para los dos cuadros de la derecha, al igual que el ‘ángulo de incidencia’ (i) y la ’longitud solar’ (Ls). El ángulo de incidencia indica dónde está el Sol en el cielo; es 0° cuando el Sol está directamente encima y 90° en el horizonte. La longitud solar marca la posición de Marte en su órbita con respecto al Sol, reflejando las estaciones marcianas a lo largo del año para cada hemisferio (0° cuando comienza la primavera en el norte, 270° en el solsticio de invierno).

Agua
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“Encontrar agua en la superficie de Marte siempre es apasionante, tanto por el interés científico como por sus implicaciones para la exploración humana y robótica”, afirmó Colin Wilson, científico del proyecto de la ESA para ExoMars TGO y Mars Express. “Aún así, este descubrimiento es particularmente fascinante. La baja presión atmosférica de Marte crea una situación desconocida en la que las cimas de las montañas del planeta no suelen ser más frías que sus llanuras, pero parece que el aire húmedo que sube por las laderas de las montañas aún puede condensarse en escarcha, un fenómeno decididamente similar al de la Tierra”, añadió.

“Este descubrimiento fue posible gracias a la exitosa colaboración entre los dos orbitadores de Marte de la ESA y a la modelización adicional. Comprender exactamente qué fenómenos son iguales o diferentes en la Tierra y Marte realmente pone a prueba y mejora nuestra comprensión de los procesos básicos que ocurren no sólo en nuestro planeta de origen, sino en otras partes del cosmos”, completó.