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Las tormentas de polvo marcianas agitan nubes similares a la Tierra

Mars Express de la ESA ha revelado que Marte produce patrones de nubes sorprendentemente similares a la Tierra que recuerdan a los de las regiones tropicales de nuestro planeta.

La Tierra y Marte tienen atmósferas muy diferentes. La atmósfera seca y fría de Marte está compuesta casi en su totalidad de dióxido de carbono, mientras que la de la Tierra es rica en nitrógeno y oxígeno. Su densidad atmosférica es menos de una quincuagésima parte de la atmósfera de la Tierra, equivalente a la densidad que se encuentra a unos 35 km sobre la superficie de la Tierra.

A pesar de ser muy diferentes, se ha encontrado que sus patrones de nubes son sorprendentemente similares a la Tierra, lo que apunta a procesos de formación similares.

Un nuevo estudio profundiza en dos tormentas de polvo que ocurrieron cerca del Polo Norte marciano en 2019. Las tormentas fueron monitoreadas durante la primavera en el Polo Norte, un momento en que las tormentas locales comúnmente se gestan alrededor de la capa de hielo en retroceso.


Tormenta en espiral cerca del Polo Norte marciano. Mars: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao; Earth: EUMETSET

Dos cámaras a bordo de Mars Express, la Cámara de Monitoreo Visual (VMC) y la Cámara Estéreo de Alta Resolución (HRSC), junto con la cámara MARCI a bordo del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA, tomaron imágenes de las tormentas desde la órbita.

La secuencia de magos VMC i muestra que las tormentas parecen crecer y desaparecer en ciclos repetidos durante un período de días, exhibiendo características y formas comunes. Las formas en espiral son notablemente visibles en las vistas más amplias de las imágenes HRSC. Las espirales tienen entre 1000 y 2000 km de longitud, y su origen es el mismo que el de los ciclones extratropicales observados en las latitudes medias y polares de la Tierra.


Patrones de nubes en Marte y la Tierra. Mars: ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao; Earth: EUMETSET

Las imágenes revelan un fenómeno particular en Marte. Muestran que las tormentas de polvo marcianas están formadas por células de nubes más pequeñas espaciadas regularmente, dispuestas como granos o guijarros. La textura también se ve en las nubes en la atmósfera de la Tierra.

Las texturas familiares se forman por convección, por lo que el aire caliente se eleva porque es menos denso que el aire más frío a su alrededor. El tipo de convección observada aquí se llama convección de células cerradas, cuando el aire se eleva en el centro de pequeñas bolsas de nubes o células. Los huecos del cielo alrededor de las células de las nubes son los caminos para que el aire más frío se hunda debajo del aire caliente ascendente.

En la Tierra, el aire ascendente contiene agua que se condensa para formar nubes. Las nubes de polvo fotografiadas por Mars Express muestran el mismo proceso, pero en Marte las columnas de aire ascendentes contienen polvo en lugar de agua. El Sol calienta el aire cargado de polvo haciendo que se eleve y forme células polvorientas. Las celdas están rodeadas por áreas de aire que se hunde que tienen menos polvo. Esto da lugar al patrón granular también visto en la imagen de las nubes en la Tierra.

Tormenta de polvo en Marte. ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao

Nubes de polvo en el polo norte de Marte. ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao

Nubes moteadas de polvo de una tormenta en Marte. ESA/GCP/UPV/EHU Bilbao

Al rastrear el movimiento de las células en la secuencia de imágenes, se puede medir la velocidad del viento. El viento sopla sobre las características de la nube a velocidades de hasta 140 km / h, haciendo que la forma de las células se alargue en la dirección del viento. A pesar de las atmósferas caóticas y dinámicas de Marte y la Tierra, la naturaleza crea estos patrones ordenados.

“Cuando se piensa en una atmósfera similar a Marte en la Tierra, uno podría pensar fácilmente en un desierto seco o una región polar. Es bastante inesperado, entonces, que a través del seguimiento del movimiento caótico de las tormentas de polvo, se puedan establecer paralelismos con los procesos que ocurren en las regiones tropicales húmedas, calientes y decididamente muy poco parecidas a Marte”, comenta Colin Wilson, científico del proyecto Mars Express de la ESA.

Una idea clave posible con las imágenes VMC es la medición de la altitud de las nubes de polvo. La longitud de las sombras que proyectan se mide y combina con el conocimiento de la posición del Sol para medir la altura de las nubes sobre la superficie marciana. Los resultados revelaron que el polvo puede alcanzar aproximadamente 6-11 km sobre el suelo y las células tienen tamaños horizontales típicos de 20-40 km.

“A pesar del comportamiento impredecible de las tormentas de polvo en Marte y las fuertes ráfagas de viento que las acompañan, hemos visto que dentro de su complejidad, pueden surgir estructuras organizadas como frentes y patrones de convección celular”, explica Agustín Sánchez-Levaga de la Universidad del País Vasco UPV/EHU (España), quien lidera el equipo científico de VMC y es autor principal de un artículo que presenta el nuevo análisis.

Tal convección celular organizada no es exclusiva de la Tierra y Marte; Las observaciones de la atmósfera venusiana por Venus Express posiblemente muestran patrones similares. “Nuestro trabajo sobre la convección seca de Marte es un ejemplo más del valor de los estudios comparativos de fenómenos similares que ocurren en atmósferas planetarias para comprender mejor los mecanismos subyacentes en diferentes condiciones y entornos”, agrega Agustín.

Además de aprender más sobre cómo “funcionan” las atmósferas planetarias, comprender las tormentas de polvo es relevante para futuras misiones a Marte. En casos extremos, las tormentas de polvo pueden impedir que gran parte de la luz del Sol llegue a las células solares de los rovers en la superficie del Planeta Rojo. En 2018, una tormenta de polvo a escala planetaria no solo bloqueó la luz solar que llegaba a la superficie, sino que también cubrió de polvo los paneles solares del rover Opportunity de la NASA. Ambos factores llevaron al rover a perder energía eléctrica, terminando la misión.

Monitorear la evolución de las tormentas de polvo es crucial para ayudar a proteger futuras misiones de energía solar, y eventualmente misiones tripuladas al aviónt, contra fenómenos tan poderosos.

Referencia: ‘Cellular patterns and dry convection in textured dust storms at the edge of Mars North Polar Cap’ de A. Sánchez-Lavega et al. se publica en la edición del 15 de noviembre de 2022 de la revista Icarus.

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