Sorpresa en Marte

Datos precisos sobre la órbita de Fobos también podrían arrojar más luz sobre el funcionamiento interno de Marte

Un observador de pie sobre Marte vería la luna Fobos del planeta cruzar el cielo de oeste a este cada cinco horas. Su órbita pasa entre el Sol y cualquier punto dado de Marte aproximadamente una vez cada año terrestre. Cada vez que lo hace, causa de uno a siete eclipses solares en el espacio de tres días.

Un lugar donde esto ocurre es el lugar de aterrizaje de la sonda InSight de la NASA, estacionada en la región de Elysium Planitia desde noviembre de 2018. En otras palabras, el fenómeno ocurre mucho más frecuentemente que en la Tierra, cuando nuestra Luna cruza frente al Sol. "Sin embargo, los eclipses en Marte son más cortos - duran solo 30 segundos y nunca son eclipses totales", explica Simon Stähler, un sismólogo del Instituto de Geofísica de ETH Zurich. Las fotos tomadas por dos exploradores de Marte de la NASA, Opportunity y Curiosity, no son la única forma de observar estos tránsitos. "Cuando la Tierra experimenta un eclipse solar, los instrumentos pueden detectar un descenso de la temperatura y ráfagas rápidas de viento, ya que la atmósfera se enfría en un lugar en particular y el aire se aleja de ese punto", explica Stähler. Un análisis de los datos de InSight debería indicar si efectos similares son también detectables en Marte.

En abril de 2019, una primera serie de eclipses solares fue visible desde el lugar de aterrizaje de InSight, pero solo se guardaron algunos de los datos que registró. Los primeros indicios de esos datos impulsaron a Stähler y a un equipo internacional de investigación a prepararse con entusiasmo para la siguiente serie de eclipses, prevista para el 24 de abril de 2020. Publicaron los resultados de sus observaciones en agosto en la revista Geophysical Research Letters.

Como era de esperar, las células solares de InSight registraron los tránsitos. "Cuando Fobos está frente al Sol, menos luz solar alcanza las células solares, y estas a su vez producen menos electricidad", explica Stähler. "Se puede medir la disminución de la exposición a la luz causada por la sombra de Fobos". De hecho, la cantidad de luz solar que se reduce durante un eclipse es un 30 por ciento. Sin embargo, los instrumentos meteorológicos de InSight no indicaron cambios atmosféricos, y los vientos no cambiaron como se esperaba. Otros instrumentos, sin embargo, dieron una sorpresa: tanto el sismómetro como el magnetómetro registraron un efecto.

La señal del magnetómetro se debe muy probablemente a la disminución de la electricidad de las células solares, como Anna Mittelholz, una reciente incorporación al equipo de Marte de la ETH Zurich, fue capaz de mostrar. "Pero no esperábamos esta lectura del sismómetro; es una señal inusual", dice Stähler. Normalmente, el instrumento - equipado con electrónica construida en el ETH - indicaría terremotos en el planeta. Hasta ahora el Servicio de Terremotos de Marte, dirigido por John Clinton y Domenico Giardini en la ETH, ha registrado unos 40 terremotos convencionales, el más fuerte de los cuales registró una magnitud de 3,8, así como varios cientos de terremotos regionales y poco profundos.

Lo que fue sorprendente durante el eclipse solar fue que el sismómetro se inclinó ligeramente en una dirección particular. "Esta inclinación es increíblemente pequeña", señala Stähler. "Imaginen una moneda de 5 francos; ahora, empujen dos átomos de plata bajo un borde. Esa es la inclinación de la que estamos hablando: 10-8". A pesar de lo leve que era este efecto, seguía siendo inconfundible. "La explicación más obvia sería la gravedad de Fobos, similar a cómo la luna de la Tierra causa las mareas", dice Stähler, "pero rápidamente descartamos esto". Si esa fuera la explicación, entonces la señal del sismómetro estaría presente durante un período más largo de tiempo y cada cinco horas cuando Fobos haga su paso, no solo durante los eclipses. Los investigadores determinaron la causa más probable de la inclinación: "Durante un eclipse, el suelo se enfría. Se deforma de manera desigual, lo que inclina el instrumento", dice Martin van Driel del grupo de investigación de Sismología y Física de Ondas.

En el mismo momento, un sensor de infrarrojos midió un enfriamiento del suelo en Marte de dos grados. Los cálculos revelaron que en los 30 segundos del eclipse, el "frente frío" podía penetrar en el suelo solo hasta una profundidad de micrómetros o milímetros, pero el efecto fue suficiente para tirar del sismómetro.

Una observación en la Tierra apoya la teoría de Stähler. En el Observatorio de la Selva Negra, ubicado en una mina de plata abandonada en Alemania, Rudolf Widmer-Schnidrig descubrió un fenómeno similar: durante una prueba de sismómetro, alguien se olvidó de apagar la luz. El calor emitido por una bombilla de 60 vatios fue aparentemente suficiente para calentar la capa superior de granito en lo profundo del suelo, de modo que se expandió ligeramente y causó que el sismómetro se inclinara ligeramente hacia un lado.

Los científicos deberían ser capaces de usar la diminuta señal de inclinación procedente de Marte para trazar la órbita de Fobos con más precisión de lo que era posible anteriormente. La posición de InSight es el lugar más exacto medido en Marte; si los científicos saben exactamente cuándo comienza y termina un tránsito de Fobos aquí, pueden calcular su órbita con precisión. Esto es importante para futuras misiones espaciales. Por ejemplo, la agencia espacial japonesa JAXA planea enviar una sonda a las lunas de Marte en 2024 y traer muestras de Fobos a la Tierra. "Para hacer eso, necesitan saber exactamente hacia dónde están volando", dice Stähler.

Datos precisos sobre la órbita de Fobos también podrían arrojar más luz sobre el funcionamiento interno de Marte. Mientras nuestra Luna continúa ganando momento angular y se aleja constantemente de la Tierra, Fobos está disminuyendo la velocidad y cayendo gradualmente de vuelta a Marte. En 30 a 50 millones de años, se estrellará en la superficie del planeta. "Podemos usar esta ligera desaceleración para estimar cuán elástico y por lo tanto cuán caliente es el interior marciano; el material frío es siempre más elástico que el caliente", explica Amir Khan, también en el Instituto de Geofísica de ETH Zurich. En última instancia, los investigadores quieren saber si Marte se formó del mismo material que la Tierra, o si los diferentes componentes podrían explicar por qué la Tierra tiene tectónica de placas, una atmósfera densa y condiciones que apoyan la vida, características de las que Marte carece.

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