El ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) ha revelado cuán extrañamente se forma monóxido de carbono “ligero” en la atmósfera de Marte. El hallazgo pinta una mejor imagen de cómo se formó la materia que contiene carbono en el Planeta Rojo, y ayuda a aclarar un descubrimiento desconcertante realizado por el rover Curiosity de la NASA el año pasado.
Las observaciones de TGO muestran que un proceso en juego en la atmósfera de Marte, donde el dióxido de carbono se divide por la luz solar, forma monóxido de carbono que contiene menos carbono “pesado” de lo que cabría esperar.
El hallazgo es consistente con la idea de que una combinación de luz solar y química compleja, en lugar de vida, dio lugar a los compuestos a base de carbono (‘materia orgánica’) que vemos en la superficie marciana.
Rastreando carbono en Marte
La atmósfera de Marte contiene carbono ligero (carbono-12, que representa la gran mayoría del carbono en el Sistema Solar) y carbono pesado (el isótopo carbono-13: un átomo de carbono-12 con un neutrón extra).
La medición de las cantidades relativas de estos isótopos puede revelar mucho sobre el pasado y el presente de un entorno. Muchos procesos, tanto a corto como a largo plazo, afectan esta proporción, incluida la forma en que las sustancias se descomponen en la luz solar, cómo escapan al espacio desde las capas superiores de una atmósfera, cómo se condensan o se convierten en gas y, de manera emocionante, cómo son producidas y consumidas por formas de vida biológica.
“Medir la proporción isotópica de carbono en el monóxido de carbono es una forma poderosa de entender de dónde proviene la materia orgánica del planeta y revelar la historia de habitabilidad de Marte”, dice Shohei Aoki de la Universidad de Tokio y el Real Instituto Belga de Aeronomía Espacial, y autor principal de un nuevo artículo publicado en el Planetary Science Journal.
“En 2021, TGO mapeó la proporción de hidrógeno “normal” a “pesado” en el vapor de agua atmosférico de Marte para crear un “cronómetro” con el que rastrear la historia y la evolución del agua del planeta. Ahora hemos aplicado el mismo enfoque al carbono que se encuentra en el monóxido de carbono atmosférico de Marte, algo que solo pudimos hacer gracias a la exquisita sensibilidad y capacidad de TGO para perfilar muchas moléculas diferentes”.
Shohei y sus colegas analizaron los datos recopilados en ocho órbitas TGO en marzo-abril de 2022 por el instrumento NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) liderado por Europa. NOMAD observó cómo los rayos del Sol atravesaban la atmósfera de Marte, una perspectiva que reveló las cantidades, identidades y contenido de carbono de los gases presentes.
Una causa química
Las nuevas mediciones de carbono ayudan a aclarar un hallazgo desconcertante del rover Curiosity de la NASA el año pasado.
Varios de los depósitos de 3.5 millones de años muestreados por Curiosity en su lugar de aterrizaje, el cráter Gale, contenían cantidades sorprendentemente bajas de carbono pesado. Los investigadores sugirieron algunas causas posibles, que van desde nubes de polvo interestelar que lloven periódicamente sobre Marte hasta microbios antiguos que eructan metano. En la Tierra, el agotamiento del carbono pesado a menudo indica vida, ya que varios procesos biológicos utilizan preferentemente isótopos más ligeros de carbono.
“Cualquier fenómeno en Marte que pueda ser causado por la vida es motivo de emoción, pero nuestros hallazgos apuntan en una dirección diferente”, dice el coautor Yuichiro Ueno, de la Universidad Tecnológica de Tokio. “En cambio, vemos que la causa del fuerte agotamiento de carbono visto tanto en el monóxido de carbono atmosférico de Marte como en el cráter Gale podría ser química”.
Las moléculas de dióxido de carbono en la atmósfera de Marte interactúan con la luz solar y se separan para formar monóxido de carbono que se agota en carbono pesado, algo que también vemos que sucede en la atmósfera de la Tierra.
Los investigadores modelaron cómo este proceso afectaría el monóxido de carbono de Marte, y sus resultados coinciden con lo que realmente fue visto en Marte por NOMAD. Estos cálculos se presentan en un artículo complementario de Yoshida et al., también publicado en el Planetary Science Journal.
Infografía que muestra cómo extrañamente se forma monóxido de carbono “ligero” en la atmósfera de Marte. Muestra moléculas de dióxido de carbono divididas por la luz solar para formar monóxido de carbono y oxígeno, con una ilustración de la superficie de color rojo de Marte debajo. Crédito: ESA (reconocimiento: trabajo realizado por ATG bajo contrato con la ESA), CC BY-SA 3.0 IGO
Los resultados son consistentes con la idea de que la atmósfera del Marte primitivo era rica en monóxido de carbono, y que este gas era responsable de formar la materia orgánica vista en la superficie del planeta.
Más profundo que nunca
El uso de proporciones de isótopos es una forma ampliamente aplicable de explorar el Universo; podemos estudiar cuerpos en todo el Sistema Solar y el cosmos, como los exoplanetas, de esta manera para desentrañar su historia y propiedades.
“Los dos instrumentos de caza de gas de TGO, NOMAD y Atmospheric Chemistry Suite (ACS), están haciendo un gran trabajo mapeando las proporciones de isótopos en la atmósfera de Marte”, dice Colin Wilson, científico del proyecto ExoMars Trace Gas Orbiter de la ESA.
“Una verdadera fortaleza de las investigaciones de TGO es que tenemos múltiples formas de medir lo mismo. Estamos midiendo isótopos de carbono en diferentes moléculas utilizando NOMAD y ACS de forma independiente. De hecho, los resultados reportados aquí por NOMAD concuerdan con observaciones complementarias y modelos de isótopos de CO por otro equipo que utiliza ACS, también publicados este mes, por lo que esto nos da mucha confianza en los resultados”.
Los hallazgos de Shohei y sus colegas destacan la naturaleza colaborativa y complementaria de nuestras misiones para explorar el Sistema Solar. Por ejemplo, los resultados de TGO ayudarán a los científicos a interpretar los resultados de la próxima misión MMX (Martian Moon eXploration) de Japón, que devolverá muestras de la luna Fobos de Marte.
“Al combinar observaciones de múltiples misiones, revelaremos nuevos detalles sobre la historia de Marte”, agrega Colin. “En la superficie marciana, el próximo rover Rosalind Franklin de la ESA nos ayudará a comprender la superficie del planeta y la materia orgánica. El rover tiene capacidades de perforación únicas y un laboratorio científico sin rival por ninguna otra misión en desarrollo. Podremos profundizar más en Marte que nunca”.
Referencias: “Depletion of 13C in CO in the atmosphere of Mars suggested by ExoMars-TGO/NOMAD” por Aoki et al. se publica en el Planetary Science Journal. Esta investigación utiliza predominantemente datos del instrumento NOMAD liderado por Bélgica. https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/acd32f El modelado y las observaciones están respaldados por los resultados presentados en un documento complementario: “Fuerte agotamiento de 13C en CO inducido por fotólisis de CO2 en la atmósfera marciana calculado por un modelo fotoquímico” por Yoshida et al. Este artículo se publica en el Planetary Science Journal (https://dx.doi.org/10.3847/PSJ/acc030). Y son consistentes con observaciones complementarias y modelos de isótopos de CO por un equipo que utiliza ACS: “La fotoquímica en Marte reduce la abundancia de isótopos pesados en el CO atmosférico.2 y su eficiencia de escape al espacio” por Juan Alday et al. Este artículo se publica en Nature Astronomy (https://www.nature.com/articles/s41550-023-01974-2).
