Matemáticas para encajar el puzle de Marte

Tras alimentar, durante siglos, variadísimas teorías sobre la existencia de grandes canales para el transporte de agua, de zonas de vegetación y, por supuesto, de marcianos, el planeta Marte giró, de la mano de las primeras misiones Mariner y Viking, hacia una firme senda científica a partir de los años sesenta del siglo pasado. De hecho, la misión Mariner 4 supuso tal dosis de realidad que pudo acabar con el destacado lugar en el imaginario social de Marte: la superficie del planeta, inundada de cráteres de impacto, presentaba un desafortunado parecido con la de la Luna. No solo los cráteres apuntaban a una superficie que parecía no haber experimentado cambios en miles de millones de años, sino que además la bajísima presión atmosférica del planeta suponía un adiós a la existencia de agua líquida; incluso los polos, presuntamente cubiertos de agua helada, se hallaban recubiertos de hielo seco o dióxido de carbono sólido, componente principal también de su atmósfera.  

Pero, incluso sin añadidos de ficción, Marte siguió siendo uno de los objetivos científicos destacados en investigación planetaria, y no en vano es el planeta al que más misiones espaciales se han dedicado. El desierto helado que constituye Marte presenta una serie de características que lo convierten en un objetivo científico único: entre ellas, la posibilidad de que contuviera agua líquida en el pasado o que el agua aún se halle presente, congelada y almacenada en el subsuelo marciano en forma de suelo helado o permafrost; o sus vientos, de hasta cientos de kilómetros por segundo, y sus tormentas de polvo, de tal magnitud que pueden cubrir todo el planeta; o su espectacular orografía, donde destacan los mayores accidentes geológicos del Sistema Solar, como el Monte Olimpo, que se eleva unos 25 kilómetros, o el Valle Marineris, un sistema de cañones que se extiende unos cuatro mil kilómetros. Incluso, el planeta rojo puede aportarnos información útil ante el reto que supone el cambio climático, ya que al estudiar los drásticos cambios que ha sufrido a lo largo de su historia podemos inferir los puntos de no retorno de nuestro planeta.

El objetivo de Upwards ha sido desarrollar nuevas técnicas matemáticas para extraer más información de los datos disponibles sobre Marte.

 

“Hasta el proyecto Upwards sabíamos que elementos como el vapor de agua son expulsados desde la sub-superficie del planeta a la atmósfera; conocíamos que grandes cantidades de dióxido de carbono y agua se depositan en forma de hielo sobre las regiones polares del suelo marciano, y sabíamos que existen elementos, algunos relacionados con el ciclo del agua, que se rompen por la radiación solar y escapan al espacio. Pero aún no se había realizado un estudio conjunto de todos estos procesos que nos permitiera tener una imagen global consistente”, apunta Miguel Ángel López-Valverde, científico del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) e investigador principal del proyecto Upwards.

En efecto, al igual que sabemos que en la Tierra los distintos componentes –agua, aire, rocas, seres vivos, volcanes, radiación solar…– se relacionan e interactúan entre sí, Marte funciona como un sistema acoplado cuyas piezas deben encajarse en el conjunto. Y la resolución de ese puzle marciano se halla en el origen de Upwards (Understanding Planet Mars With Advanced Remote-sensing Datasets and Synergistic Studies), un proyecto financiado por el programa europeo Horizonte 2020.

El objetivo de Upwards ha sido desarrollar nuevas técnicas matemáticas para extraer más información de los datos disponibles sobre Marte. Algunas de estas técnicas permiten combinar datos de instrumentos y misiones diferentes, una mecánica de adquisición de información que se llevaba a cabo en satélites de observación terrestre pero que se ha aplicado a Marte por primera vez.

El rover de la NASA explora y proporciona datos clave para aprender sobre el planeta rojo. / NASA

También se han diseñado métodos de análisis de datos para el limbo del planeta. El limbo de un cuerpo celeste es su borde aparente visto contra el fondo oscuro, y en el caso del estudio de las atmósferas constituye un punto de vista muy revelador: observando cómo el sol se oculta tras el limbo de un planeta (es decir, observando continuamente puestas de sol y amaneceres desde su órbita), se pueden deducir los componentes que forman la atmósfera. “Con ellos hemos podido obtener perfiles verticales de vapor de agua (un gas muy escaso en Marte, pero de gran importancia) y de dióxido de carbono, el gas más abundante en el planeta. Estos resultados eran imposibles hace cinco años”, destaca López-Valverde.

El proyecto también se ha adentrado en las tormentas de polvo. Si existe un elemento que define la atmósfera de Marte, se trata de la presencia de polvo en suspensión. En las llanuras marcianas suelen formarse remolinos de polvo con alturas de hasta diez kilómetros, y es frecuente la formación de tormentas de polvo, que en ocasiones cubren todo el planeta y que afectan a la temperatura atmosférica, ya que el polvo absorbe la radiación solar. “Hemos desarrollado rutinas para determinar las propiedades del polvo, como la opacidad y el tamaño de las partículas, y hemos encontrado y cuantificado por primera vez una anticorrelación entre la cantidad de polvo y la de vapor de agua atmosféricos dentro de la tormenta”, apunta López-Valverde.  

El proyecto, completado en 2018, ha analizado una plétora de datos de misiones anteriores, como Mars Express (ESA)

 

El proyecto ha permitido también confeccionar un mapa completo de la distribución y del ciclo anual de las nubes de hielo de agua, unas condensaciones tan livianas que se pensaba que apenas influían en la atmósfera a nivel global. El estudio señala, no obstante, el importante papel de estas nubes sobre el ciclo anual del agua, un complejo y variable régimen de intercambios de agua (hielo y vapor) en el que participan también las capas polares, los vientos y la circulación general, los aerosoles minerales (polvo en suspensión), y las propiedades de la superficie.

También se han medido y comparado las emisiones de hidrógeno en las capas más altas de la atmósfera cuando estas moléculas escapan al espacio, y que no encajaban con las predicciones teóricas y simulaciones numéricas. Sin embargo, podrían explicarse gracias a un resultado que apuntaba que grandes cantidades de vapor de agua podrían alcanzar elevadas alturas en la atmósfera marciana durante las tormentas de polvo.

Upwards se completaba en febrero de 2018, tras analizar con éxito una plétora de datos de misiones anteriores, como Mars Express (ESA). También ha desarrollado nuevas técnicas para analizar los datos de Exomars-Trace Gas Orbiter (TGO), la más reciente misión europea a Marte (hoy en activo), y para suministrar un marco de referencia para futuras misiones, como la siguiente fase ExoMars Rover 2020.

Silbia López de Lacalle / CSIC Comunicación