Científicos de la NASA recrean por primera vez «arañas» de Marte en un laboratorio
En 2003 los científicos encontraron algo sorprendente en las imágenes que enviaban los orbitadores de Marte, sondas que giran en torno al planeta rojo a una gran distancia. Unas formas parecidas a arañas que se extienden por el hemisferio sur de Marte.
Nadie sabe a ciencia cierta cómo se crean estos accidentes geológicos. Cada formación ramificada puede extenderse más de un kilómetro de extremo a extremo e incluir cientos de delgadas «patas». Estos accidentes, denominados terrenos araneiformes, suelen aparecer agrupados, lo que da a la superficie un aspecto arrugado.
La teoría principal es que las arañas se crean mediante procesos en los que interviene el hielo de dióxido de carbono, que no se produce de forma natural en la Tierra. Gracias a los experimentos detallados en un nuevo artículo publicado en The Planetary Science Journal, los científicos han recreado, por primera vez, esos procesos de formación en temperaturas y presión atmosférica marcianas simuladas.
Las manchas oscuras de este ejemplo del terreno araneiforme capturado por el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA en 2018 se cree que son de tierra expulsada de la superficie por penachos de dióxido de carbono. Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidad de Arizona
Crear arañas de CO2 en laboratorio
«Las arañas son extrañas y bellas características geológicas por derecho propio», afirma Lauren Mc Keown, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. «Estos experimentos ayudarán a afinar nuestros modelos sobre cómo se forman».
El estudio confirma varios procesos de formación descritos por el llamado modelo de Kieffer: La luz solar calienta el suelo cuando brilla a través de placas transparentes de hielo de dióxido de carbono que se acumulan en la superficie marciana cada invierno. Al ser más oscuro que el hielo que hay sobre él, el suelo absorbe el calor y hace que el hielo más cercano se convierta directamente en gas de dióxido de carbono -sin convertirse antes en líquido- en un proceso llamado sublimación (el mismo proceso que hace que las nubes de «humo» se eleven desde el hielo seco). A medida que aumenta la presión del gas, el hielo marciano se agrieta y deja escapar el gas. A medida que se filtra hacia arriba, el gas arrastra consigo una corriente de polvo oscuro y arena del suelo que aterriza en la superficie del hielo.
Cuando el invierno se convierte en primavera y el hielo restante se sublima, según la teoría, lo que queda son las cicatrices en forma de araña de esas pequeñas erupciones.
He aquí un vistazo al interior del DUSTIE del JPL, una cámara del tamaño de un barril de vino utilizada para simular las temperaturas y la presión atmosférica de otros planetas, en este caso, el hielo de dióxido de carbono que se encuentra en el polo sur de Marte. Los experimentos realizados en la cámara confirmaron cómo se crean las formaciones marcianas conocidas como «arañas». Crédito: NASA/JPL-Caltech
Para Mc Keown y sus coautores, lo más difícil de llevar a cabo estos experimentos fue recrear las condiciones que se dan en la superficie polar marciana: presión atmosférica extremadamente baja y temperaturas de hasta menos 301 grados Fahrenheit (menos 185 grados Celsius). Para ello, Mc Keown utilizó una cámara de pruebas refrigerada por nitrógeno líquido en el JPL, el Dirty Under-vacuum Simulation Testbed for Icy Environments, o DUSTIE (que suena parecido a «polvoriento» en inglés).
«Me encanta DUSTIE. Es histórico», dijo Mc Keown, señalando que la cámara del tamaño de un barril de vino se utilizó para probar un prototipo de una herramienta de raspado diseñada para el módulo de aterrizaje Phoenix de la NASA en Marte. La herramienta se utilizó para romper el hielo de agua que la nave recogió y analizó cerca del polo norte del planeta.
Para este experimento, los investigadores enfriaron el simulante de suelo marciano en un recipiente sumergido en un baño de nitrógeno líquido. Lo colocaron en la cámara DUSTIE, donde la presión atmosférica se redujo hasta ser similar a la del hemisferio sur de Marte. A continuación, el dióxido de carbono entró en la cámara y se condensó de gas a hielo en el transcurso de tres a cinco horas. Tuvieron que pasar muchos intentos antes de que Mc Keown encontrara las condiciones adecuadas para que el hielo se volviera lo suficientemente espeso y translúcido como para que los experimentos funcionaran.
Una vez que obtuvieron el hielo con las propiedades adecuadas, colocaron un calentador dentro de la cámara bajo el simulante para calentarlo y romper el hielo. Mc Keown se quedó extasiada cuando por fin vio salir una columna de gas carbónico del interior del simulante pulverulento.
«Era tarde un viernes por la noche y el director del laboratorio irrumpió tras oírme chillar», cuenta Mc Keown, que llevaba cinco años trabajando para conseguir un penacho como éste. «Pensó que había habido un accidente».
Los penachos oscuros abrían agujeros en el simulador a medida que salían, escupiendo simulante hasta 10 minutos antes de expulsar todo el gas a presión.
Los experimentos incluyeron una sorpresa que no se reflejaba en el modelo de Kieffer: Se formó hielo entre los granos del simulacro, que luego se rompió. Este proceso alternativo podría explicar por qué las arañas tienen un aspecto más «agrietado». Que esto ocurra o no parece depender del tamaño de los granos del suelo y de lo incrustado que esté el hielo de agua bajo tierra.
«Es uno de esos detalles que demuestran que la naturaleza es un poco más desordenada que la imagen de los libros de texto», afirma Serina Diniega, del JPL y coautora del artículo.
El futuro de las pruebas con penachos
Ahora que se han encontrado las condiciones para la formación de penachos, el siguiente paso es probar los mismos experimentos con luz solar simulada desde arriba, en lugar de utilizar un calentador debajo. Esto podría ayudar a los científicos a reducir el rango de condiciones en las que podrían producirse los penachos y la expulsión de suelo.
Todavía hay muchas preguntas sobre las arañas que no pueden responderse en un laboratorio. ¿Por qué se han formado en algunos lugares de Marte y no en otros? Dado que parecen ser el resultado de cambios estacionales que aún se están produciendo, ¿por qué no parecen crecer en número o tamaño con el paso del tiempo? Es posible que sean restos de hace mucho tiempo, cuando el clima de Marte era diferente, y por lo tanto podrían proporcionar una ventana única al pasado del planeta.
Por el momento, los experimentos de laboratorio serán lo más parecido a las arañas que los científicos puedan conseguir. Tanto el Curiosity como el Perseverance están explorando el Planeta Rojo lejos del hemisferio sur, que es donde aparecen estas formaciones (y donde ninguna nave espacial ha aterrizado nunca). La misión Phoenix, que aterrizó en el hemisferio norte, sólo duró unos meses antes de sucumbir al intenso frío polar y a la escasa luz solar.
REFERENCIA
A Lab-scale Investigation of the Mars Kieffer Model
Imagen principal: En el hemisferio sur de Marte, el gas dióxido de carbono ha esculpido en el paisaje unas formaciones con forma de araña denominadas terrenos araneiformes. Esta imagen de 2009 tomada por el Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA muestra varias de estas formaciones distintivas dentro de un área de tres cuartos de milla (1,2 kilómetros) de ancho. Crédito: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona
Fuente: NASA
