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lunes, diciembre 5, 2022
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Mars Express encontró algo extraño en el polvo marciano

El Mars Express de la ESA ha revelado que Marte produce patrones de nubes sorprendentemente parecidos a los de la Tierra que recuerdan a los de las regiones tropicales de nuestro planeta.

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La Tierra y Marte tienen atmósferas muy diferentes. La atmósfera seca y fría de Marte está compuesta casi en su totalidad por dióxido de carbono, mientras que la de la Tierra es rica en nitrógeno y oxígeno. Su densidad atmosférica es menos de una quincuagésima parte de la atmósfera de la Tierra, equivalente a la densidad que se encuentra a unos 35 km sobre la superficie de la Tierra.

Comparando los patrones de nubes en tormentas de polvo en Marte con celdas de convección cerradas en la atmósfera de la Tierra. La imagen de la izquierda muestra una tormenta en el Polo Norte marciano en mayo de 2019, vista desde la Cámara de Monitoreo Visual (VMC) en Mars Express. El patrón repetido de pequeñas células de nubes es causado por corrientes de convección, cuando el sol calienta el aire polvoriento y se eleva para formar una pequeña célula de entre 20 y 40 km de tamaño horizontal. Las celdas están rodeadas por aire más frío que desciende, formando un límite que crea el patrón granular. A la derecha, Meteosat-8 capturó la convección de celda cerrada en la Tierra. Meteosat 8, el primer satélite de Meteosat Second Generation, es una misión conjunta de Eumetsat y la ESA. Esta imagen fue tomada el 20 de marzo de 2020 sobre las Azores. El patrón celular se crea en un proceso similar al patrón de Marte, con tamaños similares de 20 a 50 km. Sin embargo, en lugar de polvo, las columnas de aire contienen vapor de agua que se calienta y se eleva para formar nubes. Crédito: Marte: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao; Tierra: EUMETSET
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A pesar de ser tremendamente diferentes, se ha descubierto que sus patrones de nubes son sorprendentemente similares a los de la Tierra, lo que apunta a procesos de formación similares.

Un nuevo estudio profundiza en dos tormentas de polvo que ocurrieron cerca del Polo Norte marciano en 2019. Las tormentas se monitorearon durante la primavera en el Polo Norte, un momento en que las tormentas locales comúnmente se forman alrededor de la capa de hielo que retrocede.

Dos cámaras a bordo de Mars Express, la cámara de monitoreo visual (VMC) y la cámara estéreo de alta resolución (HRSC), junto con la cámara MARCI a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, tomaron imágenes de las tormentas desde la órbita.

La secuencia de imágenes de VMC muestra que las tormentas parecen crecer y desaparecer en ciclos repetidos durante un período de días, exhibiendo características y formas comunes. Las formas espirales son notablemente visibles en las vistas más amplias de las imágenes HRSC. Las espirales tienen entre 1.000 y 2.000 km de longitud, y su origen es el mismo que el de los ciclones extratropicales observados en las latitudes medias y polares de la Tierra.

Las imágenes revelan un fenómeno particular en Marte. Muestran que las tormentas de polvo marcianas están formadas por células de nubes más pequeñas espaciadas regularmente, dispuestas como granos o guijarros. La textura también se ve en las nubes en la atmósfera de la Tierra.

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Las texturas familiares se forman por convección, por lo que el aire caliente sube porque es menos denso que el aire más frío que lo rodea. El tipo de convección que se observa aquí se llama convección de celda cerrada, cuando el aire sube en el centro de pequeñas bolsas o celdas de nubes. Los espacios del cielo alrededor de las células de la nube son las vías para que el aire más frío se hunda debajo del aire caliente que asciende.

En la Tierra, el aire ascendente contiene agua que se condensa para formar nubes. Las nubes de polvo fotografiadas por Mars Express muestran el mismo proceso, pero en Marte las columnas de aire ascendente contienen polvo en lugar de agua. El sol calienta el aire cargado de polvo y hace que se eleve y forme células polvorientas. Las celdas están rodeadas por áreas de aire hundido que tienen menos polvo. Esto da lugar al patrón granular que también se ve en la imagen de las nubes en la Tierra.

Nubes de polvo visibles en la superficie marciana desde la perspectiva de la Cámara de Monitoreo Visual (VMC) en el Mars Express de la ESA. Las nubes forman parte de una gran tormenta de polvo que se agitó en el Polo Norte marciano el 29 de mayo de 2019. El patrón de pequeñas células de nubes es causado por la convección de células cerradas, un tipo de convección que crea formas de nubes similares en la Tierra. Las células granulares tienen tamaños horizontales de 20 a 40 km. Las imágenes de esta tormenta por parte del VMC permitieron medir la altura de las celdas. La medición del tamaño de las sombras proyectadas por las células, combinada con el conocimiento de la posición del Sol, reveló que las células se encuentran entre 6 y 11 km sobre la superficie del Planeta Rojo. Crédito: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao
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Mediante el seguimiento del movimiento de las células en la secuencia de imágenes, se puede medir la velocidad del viento. El viento sopla sobre las características de las nubes a velocidades de hasta 140 km/h, lo que hace que la forma de las células se alargue en la dirección del viento. A pesar de las atmósferas caóticas y dinámicas de Marte y la Tierra, la naturaleza crea estos patrones ordenados.

«Al pensar en una atmósfera similar a la de Marte en la Tierra, uno podría pensar fácilmente en un desierto seco o en una región polar. Es bastante inesperado entonces que, al rastrear el movimiento caótico de las tormentas de polvo, se puedan establecer paralelismos con los procesos que ocurren. en las regiones tropicales húmedas, calientes y decididamente muy poco parecidas a Marte», comenta Colin Wilson, científico del proyecto Mars Express de la ESA.

Una idea clave que se hizo posible con las imágenes VMC es la medición de la altitud de las nubes de polvo. La longitud de las sombras que proyectan se mide y se combina con el conocimiento de la posición del sol para medir la altura de las nubes sobre la superficie marciana. Los resultados revelaron que el polvo puede alcanzar aproximadamente de 6 a 11 km sobre el suelo y las celdas tienen tamaños horizontales típicos de 20 a 40 km.

“A pesar del comportamiento impredecible de las tormentas de polvo en Marte y las fuertes ráfagas de viento que las acompañan, hemos visto que dentro de su complejidad pueden surgir estructuras organizadas como frentes y patrones de convección celular”, explica Agustín Sánchez-Levaga, de la Universidad del País. Vasco UPV/EHU (España), quien dirige el equipo científico de VMC y es el autor principal de un artículo que presenta el nuevo análisis.

Esta imagen, tomada por Mars Express de la ESA, muestra una tormenta de polvo moviéndose a lo largo de la capa de hielo en el Polo Norte de Marte. La Cámara de Monitoreo Visual rastreó esta tormenta el 29 de mayo de 2019, en la primavera marciana. Se disipó y reapareció con diferentes estructuras durante un período de días. La región reflectante de colores brillantes de la capa de hielo se puede ver en el centro de las imágenes. La tormenta arremolinada marrón, moviéndose a una velocidad de aproximadamente 70 km/h, está a la derecha de la imagen. El casquete polar consiste en hielo de agua, sobre el cual se deposita una capa de hielo de dióxido de carbono en el invierno. El hielo de agua persiste a lo largo de las estaciones, mientras que en primavera las capas superiores de hielo de dióxido de carbono se subliman y vuelven a entrar en la atmósfera en forma de gas. Crédito: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao
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Tal convección celular organizada no es exclusiva de la Tierra y Marte; Podría decirse que las observaciones de la atmósfera de Venus realizadas por Venus Express muestran patrones similares. «Nuestro trabajo sobre la convección seca de Marte es un ejemplo más del valor de los estudios comparativos de fenómenos similares que ocurren en las atmósferas planetarias para comprender mejor los mecanismos subyacentes en diferentes condiciones y entornos», agrega Agustín.

Además de aprender más sobre cómo «funcionan» las atmósferas planetarias, comprender las tormentas de polvo es relevante para futuras misiones a Marte. En casos extremos, las tormentas de polvo pueden impedir que gran parte de la luz del sol llegue a las células solares de los rovers en la superficie del planeta rojo. En 2018, una tormenta de polvo a escala planetaria no solo bloqueó la luz solar que llegaba a la superficie, sino que también cubrió de polvo los paneles solares del rover Opportunity de la NASA. Ambos factores llevaron a que el rover perdiera energía eléctrica, poniendo fin a la misión.

Monitorear la evolución de las tormentas de polvo es crucial para ayudar a proteger futuras misiones con energía solar, y eventualmente misiones tripuladas al planeta, contra fenómenos tan poderosos.

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«Patrones celulares y convección seca en tormentas de polvo texturizadas en el borde del casquete polar norte de Marte», de A. Sánchez-Lavega et al, se publica en la edición del 15 de noviembre de 2022 de la revista Icarus.

Con información de Elsevier

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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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