Nueva evidencia del impacto de la reciente tormenta de polvo que abarcó el planeta sobre el agua en la atmósfera, y una sorprendente falta de metano, se encuentran entre los aspectos científicos más destacados del primer año en órbita del ExoMars Trace Gas Orbiter.

Se publican dos artículos en la revista Naturaleza hoy describiendo los nuevos resultados, e informó en una rueda de prensa específica en la Unión Europea de Geociencias en Viena.

Un tercer artículo, sometido a la Actas de la Academia de Ciencias de Rusia , presenta el mapa más detallado jamás producido de hielo de agua o minerales hidratados en el subsuelo poco profundo de Marte.

El orbitador de gases traza conjunto ESA-Roscosmos ExoMars, o TGO, llegó al Planeta Rojo en octubre de 2016, y pasó más de un año usando la técnica de frenado aerodinámico necesaria para alcanzar su órbita científica de dos horas, 400 km sobre la superficie de Marte.

"Estamos encantados con los primeros resultados del Trace Gas Orbiter, "dice Håkan Svedhem, Científico del proyecto TGO de la ESA.

"Nuestros instrumentos están funcionando extremadamente bien e incluso en los primeros meses de observación ya estaban proporcionando datos exquisitos a un nivel mucho más alto que el alcanzado anteriormente".

La principal misión científica de TGO comenzó a fines de abril de 2018, solo un par de meses antes del inicio de la tormenta de polvo global que eventualmente conduciría a la desaparición del rover Opportunity de la NASA después de 15 años recorriendo la superficie marciana.

Nave espacial en órbita, sin embargo, pudieron hacer observaciones únicas, con TGO siguiendo el inicio y desarrollo de la tormenta y monitoreando cómo el aumento de polvo afectó el vapor de agua en la atmósfera, importante para comprender la historia del agua en Marte a lo largo del tiempo.

Explotando la tormenta de polvo

Dos espectrómetros a bordo, NOMAD y ACS, realizaron las primeras mediciones de ocultación solar de alta resolución de la atmósfera. mirando la forma en que la luz solar se absorbe en la atmósfera para revelar las huellas químicas de sus ingredientes.

Esto permitió la distribución vertical de vapor de agua y agua 'semi-pesada', con un átomo de hidrógeno reemplazado por un átomo de deuterio, una forma de hidrógeno con un neutrón adicional, que se trazará desde cerca de la superficie marciana hasta más de 80 km de altitud. Los nuevos resultados rastrean la influencia del polvo en la atmósfera sobre el agua, junto con el escape de átomos de hidrógeno al espacio.

"En las latitudes septentrionales vimos características como nubes de polvo en altitudes de entre 25 y 40 km que antes no estaban allí, y en latitudes del sur vimos capas de polvo que se movían hacia altitudes más altas, "dice Ann Carine Vandaele, investigador principal del instrumento NOMAD en el Real Instituto Belga de Aeronomía Espacial.

"La mejora del vapor de agua en la atmósfera se produjo de manera notablemente rápida, en unos pocos días durante el inicio de la tormenta, lo que indica una rápida reacción de la atmósfera a la tormenta de polvo ".

Las observaciones son consistentes con los modelos de circulación global. El polvo absorbe la radiación solar, calentar el gas circundante y hacer que se expanda, a su vez, redistribuye otros ingredientes, como el agua, en un rango vertical más amplio. También se establece un mayor contraste de temperatura entre las regiones ecuatorial y polar, Fortalecimiento de la circulación atmosférica. Al mismo tiempo, gracias a las temperaturas más altas, se forman menos nubes de hielo de agua; normalmente confinarían el vapor de agua a altitudes más bajas.

Los equipos también realizaron la primera observación de agua semipesada simultáneamente con vapor de agua, proporcionando información clave sobre los procesos que controlan la cantidad de átomos de hidrógeno y deuterio que escapan al espacio. También significa que se puede derivar la relación deuterio-hidrógeno (D / H), que es un marcador importante para la evolución del inventario de agua en Marte.

"Vemos esa agua, deuterado o no, es muy sensible a la presencia de nubes de hielo, impidiendo que alcance las capas atmosféricas más altas. Durante la tormenta, el agua alcanzó alturas mucho mayores, ", dice Ann Carine." Esto fue predicho teóricamente por modelos durante mucho tiempo, pero esta es la primera vez que hemos podido observarlo ".

Dado que se predice que la relación D / H cambiará con la estación y la latitud, Se espera que las continuas mediciones regionales y estacionales de TGO proporcionen más evidencia de los procesos en juego.

La trama del misterio del metano se complica

Los dos instrumentos complementarios también comenzaron sus mediciones de gases traza en la atmósfera marciana. Los gases traza ocupan menos del uno por ciento de la atmósfera en volumen, y requieren técnicas de medición de alta precisión para determinar sus huellas químicas exactas en la composición. La presencia de gases traza se mide típicamente en 'partes por mil millones por volumen' (ppbv), así que para el ejemplo del inventario de metano de la Tierra que mide 1800 ppbv, por cada mil millones de moléculas, 1800 son metano.

El metano es de particular interés para los científicos de Marte, porque puede ser una firma de vida, así como los procesos geológicos - en la Tierra, por ejemplo, El 95% del metano en la atmósfera proviene de procesos biológicos. Debido a que puede ser destruido por la radiación solar en escalas de tiempo de varios cientos de años, cualquier detección de la molécula en los tiempos actuales implica que debe haber sido liberada hace relativamente poco tiempo, incluso si el metano mismo se produjo hace millones o miles de millones de años y permaneció atrapado en depósitos subterráneos hasta ahora. Además, los gases traza se mezclan de manera eficiente a diario cerca de la superficie del planeta, con modelos globales de circulación del viento que dictaminan que el metano se mezclaría uniformemente en todo el planeta en unos pocos meses.

Los informes de metano en la atmósfera marciana se han debatido intensamente porque las detecciones han sido muy esporádicas en el tiempo y la ubicación. ya menudo caía al límite de los límites de detección de los instrumentos. Mars Express de la ESA contribuyó con una de las primeras mediciones desde la órbita en 2004, en ese momento indica la presencia de metano que asciende a 10 ppbv.

Los telescopios terrestres también han informado tanto de no detecciones como de mediciones transitorias de hasta aproximadamente 45 ppbv, mientras que el rover Curiosity de la NASA, explorando el cráter Gale desde 2012, ha sugerido un nivel de fondo de metano que varía con las estaciones entre aproximadamente 0,2 y 0,7 ppbv, con algunos picos de nivel más altos. Más recientemente, Mars Express observó un pico de metano un día después de una de las lecturas de más alto nivel de Curiosity.

Los nuevos resultados de TGO proporcionan el análisis global más detallado hasta el momento, encontrar un límite superior de 0.05 ppbv, es decir, 10 a 100 veces menos metano que todas las detecciones informadas anteriormente. El límite de detección más preciso de 0,012 ppbv se alcanzó a 3 km de altitud.

Como límite superior, 0.05 ppbv todavía corresponde a hasta 500 toneladas de metano emitidas durante una vida útil prevista de 300 años de la molécula cuando se consideran solo los procesos de destrucción atmosférica. pero disperso por toda la atmósfera, esto es extremadamente bajo.

"Tenemos hermosos datos de alta precisión que trazan señales de agua dentro del rango de donde esperaríamos ver metano, pero, sin embargo, solo podemos informar de un límite superior modesto que sugiere una ausencia global de metano, "dice el investigador principal de la ACS, Oleg Korablev, del Instituto de Investigación Espacial, Academia de Ciencias de Rusia, Moscú.

"Las mediciones de alta precisión del TGO parecen estar en desacuerdo con las detecciones anteriores; para reconciliar los diversos conjuntos de datos y hacer coincidir la rápida transición de las columnas informadas anteriormente a los niveles de fondo aparentemente muy bajos, necesitamos encontrar un método que destruya eficientemente el metano cerca de la superficie del planeta ".

"Así como la cuestión de la presencia de metano y de dónde podría provenir ha provocado tanto debate, así que la cuestión de hacia dónde se dirige, y lo rápido que puede desaparecer es igualmente interesante, "dice Håkan.

"No tenemos todas las piezas del rompecabezas ni vemos la imagen completa todavía, pero por eso estamos ahí con TGO, haciendo un análisis detallado de la atmósfera con los mejores instrumentos que tenemos, para comprender mejor qué tan activo es este planeta, ya sea geológica o biológicamente ".

El mejor mapa de aguas subterráneas poco profundas

Mientras continúa el animado debate sobre la naturaleza y la presencia del metano, una cosa segura es que el agua existió una vez en Marte, y todavía lo hace en forma de hielo de agua, o como minerales hidratados con agua. Y donde había agua podría haber habido vida.

Para ayudar a comprender la ubicación y la historia del agua en Marte, TGO's neutron detector FREND is mapping the distribution of hydrogen in the uppermost metre of the planet's surface. Hydrogen indicates the presence of water, being one of the constituents of the water molecule; it can also indicate water absorbed into the surface, or minerals that were formed in the presence of water.

The instrument's mapping task will take about one Mars year – almost two Earth years – to produce the best statistics to generate the highest quality map. But the first maps presented based on just a few month's data already exceed the resolution of previous measurements.

"In just 131 days the instrument had already produced a map that has a higher resolution than that of the 16 years data from its predecessor onboard NASA's Mars Odyssey – and it is set to continue getting better, " says Igor Mitrofanov, principal investigator of the FREND instrument at the Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow.

Aside from the obviously water-rich permafrost of the polar regions, the new map provides more refined details of localised 'wet' and 'dry' regions. It also highlights water-rich materials in equatorial regions that may signify the presence of water-rich permafrost in present times, or the former locations of the planet's poles in the past.

"The data is continually improving and we will eventually have what will become the reference data for mapping shallow subsurface water-rich materials on Mars, crucial for understanding the overall evolution of Mars and where all the present water is now, " adds Igor. "It is important for the science on Mars, and it is also valuable for future Mars exploration."

"We have already been enjoying beautiful images and stereo views of Mars thanks to the TGO's imaging system and now we are delighted to share the first look at data from the other instruments, " concludes Håkan.

"We have a promising future in contributing to the many fascinating aspects of Mars science, from the distribution of subsurface water, to active surface processes and to the mysteries of the martian atmosphere."