Los focos dispersos de magnetismo en la superficie de Marte tienen una influencia significativa en la atmósfera superior del planeta, según las observaciones del Mars Express de la ESA. Comprender estos efectos puede ser crucial para garantizar comunicaciones de radio seguras entre Marte y la Tierra y, finalmente, entre exploradores en la superficie del planeta.

El campo magnético de la Tierra está dominado por un solo, fuente fuerte:la dínamo muy por debajo de la superficie del planeta. Sin embargo, no se puede decir lo mismo de Marte. En lugar de poseer una única fuente de campo magnético, Marte tiene muchos.

El Planeta Rojo tiene numerosos focos de fuerte magnetismo encerrados dentro de su corteza, restos de sus primeros días. El Marte moderno puede ser conocido por su relativa falta de magnetismo, pero el joven Marte probablemente era un mundo diferente; probablemente estaba más cálido y húmedo, con una atmósfera más densa y un núcleo más caliente. Los científicos creen que el joven planeta también tenía un campo magnético considerable, impulsado por el movimiento circulante de material fundido dentro de su núcleo (conocido como dínamo planetaria).

Este campo global se apagó hace mucho tiempo, probablemente cuando el núcleo se enfrió y solidificó, congelando la dínamo en su lugar, pero el planeta aún cuenta con parches anómalos de fuerte magnetismo remanente esparcidos por su superficie, conocido como 'campos de la corteza'.

Memorias magnéticas de los primeros tiempos de Marte

Partes de la corteza y la roca de Marte permanecen magnetizadas hoy debido a un fenómeno conocido como 'ferro-magnetismo', que dura incluso cuando el campo magnético externo ya no está presente (como es el caso de Marte).

La corteza de Marte se enfrió por debajo de una temperatura específica, conocida como temperatura de Curie, cuando la dínamo del núcleo del planeta, y así su campo magnético, todavía estaba activo y presente, causando que el magnetismo residual se bloquee permanentemente dentro del material ferroso (que contiene hierro) en la corteza. También se encuentran campos magnéticos corticales similares en la Tierra y la Luna.

Estos campos se pueden eliminar más tarde recalentando el material por encima de la temperatura de Curie, a través de grandes impactos, por ejemplo, y luego dejar que se enfríe nuevamente en ausencia de un campo magnético.

Se cree que el magnetismo ha sido eliminado de parches considerables de la corteza marciana de esta manera, pero grandes porciones del sur, y partes más pequeñas del norte, El hemisferio de Marte permanece magnetizado hasta cierto punto, con bolsillos esparcidos por todo el planeta. Estos campos de la corteza son lo suficientemente fuertes como para impulsar características en la atmósfera superior de Marte similares a las auroras vistas en la Tierra; tales características han sido observadas por Mars Express de la ESA.

"Pueden ser débiles en términos de fuerza absoluta:cientos de nanotesla en la atmósfera superior en promedio, o entre el 0,1 y el 1 por ciento de la intensidad de campo producida por la dínamo de la Tierra a la altitud equivalente, pero los campos de la corteza de Marte son significativamente más fuertes que los que se encuentran en la Tierra o la Luna, "dice Markus Fraenz del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Göttingen, Alemania. "Esto indica que el campo de dínamo de Marte alguna vez fue al menos tan fuerte como el de la Tierra, pero para producir parches tan fuertes de magnetización de la corteza remanente, probablemente fue más fuerte de lo que ha sido el de nuestro planeta ".

Desafortunadamente, ningún módulo de aterrizaje o rover ha llegado todavía a estos sitios de fuerte magnetización. pero observaciones exhaustivas de orbitadores longevos como el Mars Global Surveyor de la NASA y el Mars Express de la ESA han ayudado a los científicos a caracterizar el entorno magnético de Marte.

Mars Express ha estado en órbita alrededor de Marte desde 2003, y ha completado numerosos estudios utilizando sus instrumentos MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) y ASPERA-3 (Analyzer of Space Plasmas and Energetic Atoms) para explorar el efecto que estos campos corticales tienen en la ionosfera de Marte.

"Los campos de la corteza de Marte parecen controlar fuertemente el plasma en la atmósfera superior del planeta, "dice David Andrews del Instituto Sueco de Física Espacial en Uppsala. Más específicamente, Afectan a una capa de gas débilmente ionizado conocida como ionosfera, que se encuentra entre la mayor parte de la atmósfera neutra de Marte y la intensa radiación del espacio exterior (incluido el viento solar, una corriente de partículas cargadas (protones y electrones) que emana del Sol).

Plasma trepador en la ionosfera de Marte

La ionosfera de Marte es bastante similar a la de la Tierra en muchos aspectos, como las densidades típicas, altitudes, etcétera. "La ionosfera de la Tierra es un poco más compleja en términos de su estructura, y tiene un mayor número de capas distintas, "dice Andrews." Esto se debe en parte a que la atmósfera de la Tierra es una mezcla de nitrógeno y oxígeno, a diferencia de la atmósfera marciana dominada por el CO2 ".

Los campos de la corteza de Marte afectan el movimiento y la dinámica de su plasma ionosférico, influir en su circulación, se acumula, y escapa al espacio. Por ejemplo, el plasma se eleva a altitudes mucho más altas de lo esperado en regiones con campos corticales orientados verticalmente, y las áreas con campos corticales más fuertes están coronadas por capas de ionosfera más densas y extensas que los campos más débiles o ausentes.

La ionosfera de Marte se encuentra en el límite entre la atmósfera inferior de Marte y el viento solar, que inunda el espacio desde el sol. El viento solar también arrastra el campo magnético solar hacia el Sistema Solar a medida que viaja, creando el campo magnético interplanetario (IMF).

Cuando es arrastrado a las proximidades de Marte, Las líneas de campo IMF pueden conectarse con las líneas de campo que emanan de algunas regiones de la corteza de Marte (un proceso conocido como "reconexión magnética"). Este proceso permite que el plasma corra hacia arriba a lo largo de las líneas recién creadas y escape al espacio, creando cavidades estrechas dentro de la ionosfera de Marte que carecen comparativamente de electrones.

"La gran pregunta, sin embargo, es si estos campos de la corteza afectan o no a la velocidad a la que Marte pierde su atmósfera en el espacio y, de ser así, cómo, "dice Andrews." Es probable que, si bien el plasma se reconfigura en regiones donde el campo es fuerte, los promedios a largo plazo del escape atmosférico no son enormemente diferentes, pero no estamos seguros ".

Del dia a la noche

El comportamiento y las propiedades de la ionosfera difieren entre la región más cercana al Sol (el 'lado del día', entre Marte y el Sol) y que se extiende lejos de él (el 'lado de la noche', alejándose de Marte hacia el Sistema Solar exterior).

Los datos de Mars Express han demostrado que la ionosfera del lado del día es sorprendentemente compleja y variable, con densidades de electrones y capas estructuradas de plasma que cambian de manera abrupta e inconsistente. El satélite también ha señalado cuánto hay que entender sobre el lado nocturno, y por qué algunas de sus propiedades difieren considerablemente de las del lado diurno.

El proceso de escape de plasma mediante reconexión magnética, por ejemplo, es especialmente eficiente en el límite día-noche (las regiones que rodean este límite, o terminador, a veces se denominan 'mañana' y 'tarde' o 'amanecer' y 'anochecer'). Similar, la ionosfera en el lado del día es más densa y se extiende a altitudes más altas sobre las anomalías de la corteza que en el lado de la noche. El plasma también parece fluir hacia Marte en el lado diurno, y lejos en el límite del día y la noche.

En general, el número y la densidad de electrones en la ionosfera aumenta con la intensidad del campo durante el día y en el límite entre el día y la noche, pero en el lado nocturno, el opuesto es verdad. La ionosfera del lado nocturno de Marte es irregular; se repone con parte del plasma de la ionosfera del lado diurno, y precipitando electrones del viento solar y la magnetosfera (la región del espacio sobre la que domina el pequeño campo magnético intrínseco de Marte).

"Todo esto refuerza la idea de que el entorno del plasma de Marte está fuertemente influenciado por los niveles de radiación solar entrante, y la fuerza y ​​distribución de los campos de la corteza del planeta, "dice Eduard Dubinin del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar en Göttingen, Alemania. “Necesitamos entender mucho más sobre estas interacciones y sobre la ionosfera de Marte en general para pintar una imagen detallada de la evolución a largo plazo de Marte en términos de clima, habitabilidad, pérdida de agua y atmósfera, y más."

¿Problemas para la radio Red Planet?

Además de formar una mejor comprensión científica de Marte como planeta, saber más sobre la ionosfera marciana y los campos de la corteza es vital para las misiones que se encuentran actualmente en Marte, y para las previstas en el futuro (incluidas las misiones tripuladas).

Por ejemplo, la ionosfera dicta cómo, cuando, y dónde puede operar el equipo de radar de Mars Express (MARSIS). La ionosfera del lado diurno de Marte es más densa y refleja más las ondas de radio. MARSIS puede sondear la ionosfera de Marte en el lado diurno, a medida que el plasma refleja los pulsos de radar entrantes en las frecuencias apropiadas (~ MHz). En el lado de la noche sin embargo, MARSIS realiza sondeos subterráneos. Las ondas de radio del instrumento atraviesan la ionosfera comparativamente escasa y pueden llegar mucho más lejos antes de reflejarse. alcanzando la superficie de Marte y hasta unos 10 km por debajo.

"MARSIS puede explotar las distintas propiedades de la ionosfera, lo que lo convierte en un gran instrumento para sondear tanto la ionosfera como el subsuelo de Marte, "dice Dmitri Titov, científico del proyecto para Mars Express de la ESA.

La variabilidad de la ionosfera marciana podría ser un problema, sin embargo, para cualquier comunicación en la superficie de Marte.

Los vehículos de aterrizaje y los rovers en Marte se comunican con la Tierra a través de un orbitador, que a su vez utiliza frecuencias de radio (GHz) lo suficientemente altas como para que la ionosfera no sea un gran obstáculo. Sin embargo, esto puede convertirse en un problema mayor si los humanos ponen un pie en el planeta.

"Las comunicaciones de radio de onda corta (MHz) en la superficie pueden verse afectadas por la variabilidad de la ionosfera de Marte, especialmente alrededor de campos corticales más fuertes, y nuestro entendimiento aquí todavía es incompleto, ", añade Titov." Comprender más sobre el entorno magnético y de plasma de Marte es clave. Hallazgos como estos de Mars Express son cruciales para nuestra exploración continua del Sistema Solar, ya sea con robots o tripulaciones humanas ".