Las tormentas de polvo representan un grave peligro para Marte. Si bien las tormentas pequeñas y los torbellinos de polvo ocurren regularmente, las tormentas más grandes ocurren todos los años (durante el verano del hemisferio sur) y pueden cubrir áreas del tamaño de un continente durante semanas. Una vez cada tres años en Marte (alrededor de cinco años y medio en la Tierra), las tormentas pueden volverse lo suficientemente grandes como para abarcar todo el planeta y durar hasta dos meses. Estas tormentas juegan un papel importante en los procesos dinámicos que dan forma a la superficie de Marte y, a veces, se pueden ver desde la Tierra (como la tormenta de 2018 que acabó con Marte). una oportunidad misión móvil).
Cuando las tormentas marcianas se vuelven particularmente fuertes, la fricción entre los granos de polvo hace que se electrifiquen, provocando que las cargas positivas y negativas se transfieran a través de la electricidad estática. Según una investigación dirigida por Planetary Scientist alian wang En la Universidad de Washington en St. Louis, esta fuerza electrostática podría ser la principal fuerza impulsora del ciclo del cloro marciano. Según su análisis, Wang y sus colegas creen que este proceso podría explicar la abundancia de perclorato y otras sustancias químicas que las misiones robóticas han detectado en el suelo marciano.
El Dr. Wang dirigió un equipo internacional de investigadores de la Universidad Tecnológica de Texas y la Universidad de Delaware. Centro de Ciencias Espaciales McDonnell (MCSS), Universidad de Oxford. El artículo que describe sus hallazgos apareció recientemente en Cartas de investigación geofísica. En él, Wang y sus colegas muestran cómo las descargas eléctricas provocadas por las tormentas de polvo pueden ser responsables de la descomposición de las sales de cloruro y la formación de cloro atmosférico y otros compuestos químicos superficiales (cloratos, percloratos y carbonatos).
En Marte, el cloro es uno de los cinco «elementos móviles», siendo los otros hidrógeno, oxígeno, carbono y azufre. Al igual que el ciclo del agua en la Tierra (o el ciclo del metano en Titán), esto significa que el cloro se transfiere entre la superficie de Marte y la atmósfera en varias formas. Se encuentra en forma gaseosa en la atmósfera, mientras que los depósitos de cloruro se encuentran en la superficie. Estos depósitos se asemejan a las salinas que se encuentran en toda la Tierra, como las salinas de Bonneville en Utah, el Etosha Pan en Namibia y el Salar de Uyuni en Bolivia (el más grande del mundo).
Al igual que en la Tierra, estos depósitos de cloruro probablemente sean restos secos de manchas de agua salada que alguna vez existieron en la superficie. Se supone que se formaron a partir de las interacciones entre la superficie y la atmósfera durante Amazonas un período. Esta era geológica se extiende hasta nuestros días y se cree que comenzó con un final occidental Un período (hace unos 3 mil millones de años) cuando Marte todavía estaba en transición de un ambiente mucho más cálido y húmedo a lo que vemos allí hoy (muy frío y seco).
Dado que ya no hay intercambio entre la superficie y la atmósfera, los científicos se han preguntado cómo están conectados los depósitos de cloro y cloruro en la atmósfera. En su nuevo estudio, Wang (miembro de la facultad de MCSS) y sus colegas demuestran que las descargas eléctricas causadas por las tormentas de polvo son un medio eficaz para el intercambio de cloro entre la superficie y el aire. La posibilidad de que las tormentas de polvo pudieran ser una fuente de química reactiva en Marte se sugirió por primera vez cuando vikingo 1 Y 2 Las expediciones aterrizaron allí en la década de 1970.
Sin embargo, los efectos químicos de las actividades del polvo han sido difíciles de estudiar desde que la Agencia Espacial Europea Schiaparelli Investigacion (que estudiará este fenómeno) se estrelló contra la superficie en 2016. Como resultado, los científicos tuvieron que ceñirse a los modelos climáticos y los estudios experimentales, incluida la investigación realizada por Wang y otros científicos planetarios en los últimos años. Esto demostró que cuando las descargas electrostáticas interactúan con las sales de cloro en un ambiente rico en dióxido de carbono (como la atmósfera marciana), Gas de cloro Y perclorato Y carbonato se puede generar.
Sin embargo, este último estudio fue la primera vez que los científicos planetarios intentaron cuantificar la cantidad de estos químicos que se producen durante las tormentas de polvo marcianas. Esto se hizo a través de una serie de experimentos en la Universidad de Washington. Sala de medio ambiente y análisis planetario (PEACh), en el que el equipo sometió varias sales de cloruro metálico común a una descarga eléctrica en condiciones similares a las de Marte. Como señaló Wang en la Universidad de Washington (Fuente) comunicado de prensa, los resultados confirmaron su teoría:
«La triboelectricidad es un proceso común en nuestro sistema solar, y se sabe que las actividades del polvo marciano son una poderosa fuente de acumulación de cargas eléctricas. La delgada atmósfera de Marte hace que sea muy fácil que los campos eléctricos acumulados decaigan como descargas electrostáticas. De hecho , es cien veces más fácil en Marte que en la Tierra.
Las velocidades de reacción son enormes. Es importante destacar que el cloro liberado en un proceso de descarga electrostática de fuerza media está en el nivel de porcentaje. Ningún otro proceso que conozcamos puede hacer esto, especialmente con un rendimiento tan alto cuantitativamente de liberación de cloro».
Durante un experimento simulado de descarga electrostática de siete horas, encontraron que al menos una de cada 100 moléculas de cloruro se descomponía, liberando un átomo de cloro. Además, la descarga electrostática también es responsable de las altísimas concentraciones globales de compuestos de perclorato y carbonato en la superficie del suelo de Marte, aunque las tasas de formación fueron ligeramente más bajas (por debajo de los niveles por mil). El experimento también mostró que las bandas de concentración observadas pueden acumularse durante la mitad del período amazónico.
Finalmente, los rendimientos más altos podrían ser responsables de las concentraciones más altas de cloruro de hidrógeno en la atmósfera que se observaron durante las tormentas de polvo de 2018 y 2019. Dijo Kevin Olsen, investigador de la Universidad Abierta y coautor del nuevo estudio:
«La alta tasa de liberación de cloro de los cloruros comunes revelada en este estudio apunta a un camino prometedor para la conversión de los cloruros superficiales en fases gaseosas que ahora se ven en la atmósfera. Estos resultados respaldan que las actividades del polvo marciano pueden impulsar el ciclo global del cloro. Con el Gas orbital rastreado por ExoMarsVemos actividad estacional frecuente que coincide con tormentas de polvo globales y regionales”.
Otro hallazgo interesante de este estudio es cómo el equipo teorizó sobre cómo se verían las descargas electrostáticas en Marte. Según Wang, la descarga no parecerá un relámpago (como ocurre en la Tierra). En cambio, dijo, sería más parecido a brillar debido a la delgada atmósfera de Marte. «Puede ser algo así como la aurora boreal en las regiones polares de la Tierra, donde los electrones energéticos chocan con los tipos de atmósfera diluida», dijo.
Hasta la fecha, ninguna misión robótica a Marte, ya sean módulos de aterrizaje, rovers u orbitadores, ha experimentado una descarga eléctrica durante una tormenta de polvo. Las llamaradas probablemente quedarán ocultas por las densas concentraciones de polvo y no serán visibles desde la órbita. Mientras tanto, las misiones de superficie que dependen de la energía solar se ven obligadas a suspender sus operaciones en tormentas severas para conservar energía (como fue el caso durante la reciente temporada de tormentas en astucia helicóptero). Pero tal vez con energía nuclear curiosidad o perserverancia El rover puede obtener una instantánea sincera de este fenómeno antes de que se completen sus misiones.
De lo contrario, es posible que tengamos que esperar en misiones tripuladas para ver una de estas «auroras», ¡lo que podría conducir a una situación similar a la de Mark Watney!
Otras lecturas: Universidad de Washington en St. LouisY Cartas de investigación geofísica