Hielo de agua a menos de 30 centímetros debajo de la superficie en Marte

El hielo de agua será una consideración clave para cualquier posible sitio de aterrizaje. Y lo más importante: los astronautas no necesitarán utilizar una retroexcavadora para extraerlo.

La NASA llama a este concepto "utilización de recursos in situ", y es un factor importante en la selección de sitios de aterrizaje humanos en Marte. Los satélites en órbita alrededor de Marte son esenciales para ayudar a los científicos a determinar los mejores lugares para construir la primera estación de investigación marciana.

Los autores del nuevo documento, publicado en Geophysical Research Letters, hacen uso de datos de dos de esas naves espaciales, el Orbitador de Reconocimiento de Marte de la NASA (MRO) y el orbitador Mars Odyssey, para localizar hielo de agua que podría estar al alcance de los astronautas en el Planeta Rojo.

"No necesitarías una retroexcavadora para desenterrar este hielo. Podrías usar una pala", dijo la autora principal del artículo, Sylvain Piqueux, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California. "Continuamos recolectando datos sobre hielo enterrado en Marte, concentrándonos en los mejores lugares para que los astronautas aterricen".

El agua líquida no puede durar en el aire de Marte; con tan poca presión de aire, se evapora de un sólido a un gas cuando se expone a la atmósfera.

El hielo de agua marciano está encerrado bajo tierra en todas las latitudes medias del planeta. Estas regiones cercanas a los polos han sido estudiadas por el módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA, que raspó el hielo, y MRO, que ha tomado muchas imágenes del espacio de impactos de meteoritos que han excavado este hielo. Para encontrar hielo que los astronautas pudieran desenterrar fácilmente, los autores del estudio se basaron en dos instrumentos sensibles al calor: el Mars Climate Sounder de MRO y la cámara del Sistema de Imágenes de Emisión Térmica (THEMIS) en Mars Odyssey.

Los autores del estudio cruzaron temperaturas sugestivas de hielo con otros datos, como depósitos de hielo detectados por radar o vistos después de impactos de meteoritos. Los datos del Espectrómetro de Rayos Gamma de Odyssey, que está hecho a medida para mapear depósitos de hielo de agua, también fueron útiles.

Como se esperaba, todos estos datos sugieren un tesoro de hielo de agua en todos los polos marcianos y latitudes medias. Pero el mapa revela depósitos particularmente poco profundos que los futuros planificadores de misiones pueden desear estudiar más a fondo.

Si bien hay muchos lugares en Marte que a los científicos les gustaría visitar, pocos harían sitios de aterrizaje prácticos para los astronautas. La mayoría de los científicos se han centrado en las latitudes medias norte y sur, que tienen más luz solar y temperaturas más cálidas que los polos. Pero hay una gran preferencia por aterrizar en el hemisferio norte, que generalmente es más bajo en elevación y proporciona más atmósfera para frenar una nave espacial de aterrizaje.

“Arcadia Planitia”

Una gran parte de una región llamada Arcadia Planitia es el objetivo más tentador del hemisferio norte. El mapa muestra mucho azul y púrpura en esta región, representando hielo de agua a menos de 30 centímetros debajo de la superficie; Los colores cálidos tienen más de 60 centímetros de profundidad. Las extensas zonas negras en el mapa representan áreas donde una nave espacial de aterrizaje se hundiría en polvo fino.

Piqueux está planeando una campaña integral para continuar estudiando el hielo enterrado en diferentes estaciones, observando cómo la abundancia de este recurso cambia con el tiempo.

El agua en los exoplanetas

Un exoplaneta, también llamado planeta extrasolar, alude a aquel planeta que orbita una estrella diferente al Sol y en consecuencia, no pertenece al sistema solar.

El agua es común en los exoplanetas, pero más escasa de lo previsto. El estudio más extenso de las composiciones químicas atmosféricas de exoplanetas hasta la fecha ha revelado que la presencia de agua es común, pero soprendentemente más escasa de lo esperado.

Un equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, utilizó datos atmosféricos de 19 exoplanetas para obtener mediciones detalladas de sus propiedades químicas y térmicas.
Los exoplanetas en el estudio abarcan un amplio rango de tamaño, desde “mini-Neptunos” de casi 10 masas terrestres hasta “superjupiter” de más de 600 masas terrestres, y temperatura, desde casi 20 grados Celsius hasta más de 2.000. Al igual que los planetas gigantes de nuestro sistema solar, sus atmósferas son ricas en hidrógeno, pero orbitan diferentes tipos de estrellas.

Los investigadores encontraron que si bien el vapor de agua es común en las atmósferas de muchos exoplanetas, las cantidades fueron sorprendentemente más bajas de lo esperado, mientras que las cantidades de otros elementos encontrados en algunos planetas fueron consistentes con las expectativas.
Los resultados, que forman parte de un programa de investigación de cinco años sobre las composiciones químicas de las atmósferas planetarias fuera de nuestro sistema solar, se informan en The Astrophysical Journal Letters. “Estamos viendo los primeros signos de patrones químicos en mundos extraterrestres, y estamos viendo lo diversos que pueden ser en términos de sus composiciones químicas”, dijo el líder del proyecto, el doctor Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge, quien midió por primera vez las bajas abundancias de vapor de agua en exoplanetas gigantes hace cinco años.

En nuestro sistema solar, la cantidad de carbono en relación con el hidrógeno en las atmósferas de los planetas gigantes es significativamente mayor que la del sol. Se cree que esta abundancia “súper-solar” se originó cuando se formaron los planetas, y grandes cantidades de hielo, rocas y otras partículas fueron introducidas en el planeta en un proceso llamado acreción.
Se ha predicho que la abundancia de otros elementos será igualmente alta en las atmósferas de los exoplanetas gigantes, especialmente el oxígeno, que es el elemento más abundante en el universo después del hidrógeno y el helio. Esto significa que también se espera que el agua, un vehículo dominante de oxígeno, sea demasiado abundante en tales atmósferas.

Los investigadores utilizaron extensos datos espectroscópicos de telescopios espaciales y terrestres, incluido el telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial Spitzer, el VLT en Chile y el Gran Telescopio Canarias en España. El rango de observaciones disponibles, junto con modelos computacionales detallados, métodos estadísticos y propiedades atómicas de sodio y potasio, permitió a los investigadores obtener estimaciones de las abundancias químicas en las atmósferas de exoplanetas a través de la muestra.
El equipo reportó la abundancia de vapor de agua en 14 de los 19 planetas, y la abundancia de sodio y potasio en seis planetas cada uno. Sus resultados sugieren un agotamiento de oxígeno en relación con otros elementos y proporcionan pistas químicas sobre cómo estos exoplanetas pueden haberse formado sin una acumulación sustancial de hielo. “Es increíble ver una abundancia de agua tan baja en las atmósferas de una amplia gama de planetas que orbitan una variedad de estrellas”, dijo Madhusudhan.

“Medir la abundancia de estos productos químicos en atmósferas exoplanetarias es algo extraordinario, teniendo en cuenta que todavía no hemos podido hacer lo mismo con los planetas gigantes de nuestro sistema solar, incluido Júpiter, nuestro vecino gigante de gas más cercano”, dijo Luis Welbanks, autor principal. del estudio y estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía.
Varios esfuerzos para medir el agua en la atmósfera de Júpiter, incluida la actual misión Juno de la NASA, han resultado ser un desafío. “Dado que Júpiter está tan frío, cualquier vapor de agua en su atmósfera se condensará, lo que dificulta su medición”, dijo Welbanks. “Si se descubriera que la presencia de agua en Júpiter es abundante como se predijo, implicaría que se formó de una manera diferente a los exoplanetas que observamos en el estudio actual”.

Estos resultados muestran que ya no se puede suponer que diferentes elementos químicos son igualmente abundantes en atmósferas planetarias, lo que desafía los supuestos en varios modelos teóricos.
“Dado que el agua es un ingrediente clave para nuestra noción de habitabilidad en la Tierra, es importante saber cuánta agua se puede encontrar en sistemas planetarios más allá del nuestro”, dijo Madhusudhan.