La sal marina incrustada en la polvorienta superficie de Marte y lanzada a la atmósfera del planeta ha llevado al descubrimiento de cloruro de hidrógeno, la primera vez que el orbitador de gases traza ESA-Roscosmos ExoMars ha detectado un nuevo gas. La nave espacial también está proporcionando nueva información sobre cómo Marte está perdiendo su agua.

Una misión importante en la exploración de Marte es la búsqueda de gases atmosféricos relacionados con la actividad biológica o geológica, así como comprender el inventario de agua pasado y presente del planeta, para determinar si Marte podría haber sido habitable alguna vez y si algún depósito de agua podría ser accesible para futuras exploraciones humanas. Dos nuevos resultados del equipo de ExoMars publicados hoy en Avances de la ciencia develar una clase de química completamente nueva y proporcionar más información sobre los cambios estacionales y las interacciones superficie-atmósfera como fuerzas impulsoras detrás de las nuevas observaciones.

Una nueva química

"Hemos descubierto el cloruro de hidrógeno por primera vez en Marte. Esta es la primera detección de un gas halógeno en la atmósfera de Marte, y representa un nuevo ciclo químico para comprender, "dice Kevin Olsen de la Universidad de Oxford, REINO UNIDO, uno de los científicos principales del descubrimiento.

Gas de cloruro de hidrógeno, o HCl, comprende un átomo de hidrógeno y cloro. Los científicos de Marte siempre estuvieron atentos a los gases a base de cloro o azufre porque son posibles indicadores de la actividad volcánica. Pero la naturaleza de las observaciones del cloruro de hidrógeno, el hecho de que se detectó en lugares muy distantes al mismo tiempo, y la falta de otros gases que se esperarían de la actividad volcánica — apunta a una fuente diferente. Es decir, el descubrimiento sugiere una interacción superficie-atmósfera completamente nueva impulsada por las estaciones de polvo en Marte que no se había explorado previamente.

En un proceso muy similar al visto en la Tierra, las sales en forma de cloruro de sodio (restos de océanos evaporados e incrustadas en la polvorienta superficie de Marte) son transportadas a la atmósfera por los vientos. La luz del sol calienta la atmósfera provocando polvo, junto con el vapor de agua liberado por los casquetes polares, levantar. El polvo salado reacciona con el agua atmosférica para liberar cloro, que luego reacciona con moléculas que contienen hidrógeno para crear cloruro de hidrógeno. Otras reacciones podrían hacer que el cloro o el polvo rico en ácido clorhídrico regresen a la superficie, tal vez como percloratos, una clase de sal compuesta de oxígeno y cloro.

"Se necesita vapor de agua para liberar cloro y los subproductos del agua, el hidrógeno, para formar cloruro de hidrógeno. El agua es fundamental en esta química, ", dice Kevin." También observamos una correlación con el polvo:vemos más cloruro de hidrógeno cuando aumenta la actividad del polvo, un proceso vinculado al calentamiento estacional del hemisferio sur ".

El equipo vio por primera vez el gas durante la tormenta de polvo global en 2018, observándolo aparecer simultáneamente en los hemisferios norte y sur, y fue testigo de su desaparición sorprendentemente rápida de nuevo al final del período polvoriento estacional. Ya están analizando los datos recopilados durante la siguiente temporada de polvo y ven que el HCl aumenta de nuevo.

"Es increíblemente gratificante ver a nuestros instrumentos sensibles detectar un gas nunca antes visto en la atmósfera de Marte, "dice Oleg Korablev, investigador principal del instrumento Atmospheric Chemistry Suite que hizo el descubrimiento. "Nuestro análisis vincula la generación y la disminución del gas cloruro de hidrógeno con la superficie de Marte".

Se necesitarán extensas pruebas de laboratorio y nuevas simulaciones atmosféricas globales para comprender mejor la interacción superficie-atmósfera basada en cloro, junto con observaciones continuas en Marte para confirmar que el aumento y la caída del HCl son impulsados ​​por el verano del hemisferio sur.

"El descubrimiento del primer gas traza nuevo en la atmósfera de Marte es un hito importante para la misión Orbiter de gases traza, "dice Håkan Svedhem, Científico del proyecto ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA. "Esta es la primera clase nueva de gas descubierta desde la observación de metano realizada por Mars Express de la ESA en 2004, lo que motivó la búsqueda de otras moléculas orgánicas y finalmente culminó con el desarrollo de la misión Trace Gas Orbiter, para lo cual la detección de nuevos gases es un objetivo principal ".

El aumento del vapor de agua da pistas sobre la evolución del clima

Así como nuevos gases, Trace Gas Orbiter está perfeccionando nuestra comprensión de cómo Marte perdió su agua, un proceso que también está relacionado con los cambios estacionales.

Alguna vez se pensó que el agua líquida fluyó a través de la superficie de Marte, como se evidencia en los numerosos ejemplos de antiguos valles secos y canales de ríos. Hoy dia, en su mayoría está encerrado en los casquetes polares y enterrado bajo tierra. Marte todavía tiene fugas de agua hoy, en forma de hidrógeno y oxígeno que se escapan de la atmósfera.

Comprender la interacción de los posibles reservorios de agua y su comportamiento estacional y a largo plazo es clave para comprender la evolución del clima de Marte. Esto se puede hacer mediante el estudio del vapor de agua y el agua 'semi-pesada' (donde un átomo de hidrógeno es reemplazado por un átomo de deuterio, una forma de hidrógeno con un neutrón adicional).

"La relación deuterio a hidrógeno, D / H, es nuestro cronómetro, una poderosa métrica que nos informa sobre la historia del agua en Marte, y cómo evolucionó la pérdida de agua con el tiempo. Gracias a ExoMars Trace Gas Orbiter, ahora podemos comprender y calibrar mejor este cronómetro y probar posibles nuevos depósitos de agua en Marte, "dice Geronimo Villanueva del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y autor principal del nuevo resultado.

"Con el Trace Gas Orbiter podemos observar la trayectoria de los isotopólogos del agua a medida que se elevan a la atmósfera con un nivel de detalle que antes no era posible. Las mediciones anteriores solo proporcionaron el promedio de la profundidad de toda la atmósfera. Es como si solo hubiéramos tenía una vista en 2-D antes, ahora podemos explorar la atmósfera en 3-D, "dice Ann Carine Vandaele, investigador principal del instrumento Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) que se utilizó para esta investigación.

Las nuevas mediciones revelan una variabilidad dramática en D / H con la altitud y la estación a medida que el agua sube desde su ubicación original ". Curiosamente, los datos muestran que una vez que el agua se vaporiza por completo, mayormente muestra un gran enriquecimiento común en agua semipesada, y una relación D / H seis veces mayor que la de la Tierra en todos los reservorios de Marte, confirmando que se han perdido grandes cantidades de agua con el tiempo, "dice Giuliano Liuzzi de la Universidad Americana y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y uno de los científicos principales de la investigación.

Los datos de ExoMars recopilados entre abril de 2018 y abril de 2019 también mostraron tres casos que aceleraron la pérdida de agua de la atmósfera:la tormenta de polvo global de 2018, una tormenta regional breve pero intensa en enero de 2019, y la liberación de agua de la capa de hielo del polo sur durante los meses de verano relacionada con el cambio estacional. De particular interés es una columna de vapor de agua en aumento durante el verano austral que potencialmente inyectaría agua en la atmósfera superior de forma estacional y anual.

Futuras observaciones coordinadas con otras naves espaciales, incluida la MAVEN de la NASA, que se centra en la atmósfera superior, proporcionará información complementaria a la evolución del agua durante el año marciano.

"Los cambios de estación en Marte, y, en particular, el verano relativamente caluroso en el hemisferio sur parece ser la fuerza impulsora detrás de nuestras nuevas observaciones, como la mayor pérdida de agua atmosférica y la actividad del polvo relacionada con la detección de cloruro de hidrógeno, que vemos en los dos últimos estudios, ", añade Håkan." Las observaciones del Trace Gas Orbiter nos permiten explorar la atmósfera marciana como nunca antes ".