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Nueva evidencia de agua líquida debajo de la capa de hielo polar sur de Marte

Un equipo internacional de investigadores ha revelado nuevas pruebas de la posible existencia de agua líquida debajo de la capa de hielo polar sur de Marte.

El panel izquierdo muestra la topografía de la superficie del polo sur de Marte, con el contorno del casquete polar sur en negro. La línea azul claro muestra el área utilizada en los experimentos de modelado, y el cuadrado verde muestra la región que contiene el agua subglacial inferida. El hielo en la región tiene alrededor de 1500 m de espesor. El panel de la derecha muestra la ondulación superficial identificada por el equipo de investigación dirigido por Cambridge. Es visible como el área roja, que se eleva en 5-8 m sobre la topografía regional, con una depresión más pequeña (2-4 m por debajo de la topografía regional) aguas arriba (hacia la parte superior derecha de la imagen). El contorno negro muestra el área de agua inferida por el radar en órbita. Crédito: Universidad de Cambridge

El panel izquierdo muestra la topografía de la superficie del polo sur de Marte, con el contorno del casquete polar sur en negro. La línea azul claro muestra el área utilizada en los experimentos de modelado, y el cuadrado verde muestra la región que contiene el agua subglacial inferida. El hielo en la región tiene alrededor de 1500 m de espesor. El panel de la derecha muestra la ondulación superficial identificada por el equipo de investigación dirigido por Cambridge. Es visible como el área roja, que se eleva en 5-8 m sobre la topografía regional, con una depresión más pequeña (2-4 m por debajo de la topografía regional) aguas arriba (hacia la parte superior derecha de la imagen). El contorno negro muestra el área de agua inferida por el radar en órbita. Crédito: Universidad de Cambridge

Los investigadores, dirigidos por la Universidad de Cambridge, utilizaron mediciones de altímetro láser de la nave espacial de la forma de la superficie superior de la capa de hielo para identificar patrones sutiles en su altura. Luego demostraron que estos patrones coinciden con las predicciones de modelos informáticos sobre cómo un cuerpo de agua debajo de la capa de hielo afectaría la superficie.

Sus resultados concuerdan con mediciones anteriores de radar de penetración en el hielo que originalmente se interpretaron para mostrar un área potencial de agua líquida debajo del hielo. Ha habido un debate sobre la interpretación del agua líquida a partir de los datos del radar solo, con algunos estudios que sugieren que la señal del radar no se debe al agua líquida.

Los resultados, publicados en la revista Nature Astronomy, proporcionan la primera línea de evidencia independiente, utilizando datos distintos al radar, de que hay agua líquida debajo de la capa de hielo del polo sur de Marte.

“La combinación de la nueva evidencia topográfica, los resultados de nuestro modelo informático y los datos del radar hacen que sea mucho más probable que exista al menos un área de agua líquida subglacial en Marte hoy en día, y que Marte aún deba ser geotérmicamente activo para mantener el agua debajo del líquido de la capa de hielo”, dijo el profesor Neil Arnold del Instituto de Investigación Polar Scott de Cambridge. quien dirigió la investigación.

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA tomó esta imagen de Marte el 28 de octubre, a un día de su aproximación más cercana a la Tierra en la noche del 29 de octubre de 2021. En la imagen se puede apreciar el hielo acumulado en el polo sur del planeta rojo. Crédito: NASA, ESA y el equipo del patrimonio del Hubble (STScI/AURA)

Al igual que la Tierra, Marte tiene gruesas capas de hielo de agua en ambos polos, aproximadamente equivalentes en volumen combinado a la capa de hielo de Groenlandia. Sin embargo, a diferencia de las capas de hielo de la Tierra, que están cubiertas por canales llenos de agua e incluso grandes lagos subglaciales, hasta hace poco se pensaba que los casquetes polares de Marte estaban congelados hasta sus lechos debido al frío clima marciano.

En 2018, la evidencia del satélite Mars Express de la Agencia Espacial Europea desafió esta suposición. El satélite tiene un radar de penetración de hielo llamado MARSIS, que puede ver a través de la capa de hielo sur de Marte. Reveló un área en la base del hielo que reflejaba fuertemente la señal del radar, que se interpretó como un área de agua líquida debajo de la capa de hielo.

Sin embargo, estudios posteriores sugirieron que otros tipos de materiales secos, que existen en otras partes de Marte, podrían producir patrones similares de reflectancia si existen debajo de la capa de hielo. Dadas las condiciones climáticas frías, el agua líquida debajo de la capa de hielo requeriría una fuente de calor adicional, como el calor geotérmico del interior del planeta, a niveles superiores a los esperados para el Marte actual. Esto dejó la confirmación de la existencia de este lago a la espera de otra línea de evidencia independiente.

En la Tierra, los lagos subglaciales afectan la forma de la capa de hielo que lo cubre: su topografía superficial. El agua en los lagos subglaciales reduce la fricción entre la capa de hielo y su lecho, afectando la velocidad del flujo de hielo bajo la gravedad. Esto a su vez afecta la forma de la superficie de la capa de hielo sobre el lago, a menudo creando una depresión en la superficie del hielo seguida de un área elevada de flujo descendente.

El equipo, que también incluyó investigadores de la Universidad de Sheffield, la Universidad de Nantes, el University College de Dublín y la Universidad Abierta, utilizó una variedad de técnicas para examinar los datos del satélite Mars Global Surveyor de la NASA de la topografía de la superficie de la parte de la capa de hielo polar sur de Marte donde se identificó la señal de radar.

Su análisis reveló una ondulación superficial de 10-15 kilómetros de largo que comprende una depresión y un área elevada correspondiente, las cuales se desvían de la superficie de hielo circundante en varios metros. Esto es similar en escala a las ondulaciones sobre los lagos subglaciales aquí en la Tierra.

Luego, el equipo probó si la ondulación observada en la superficie del hielo podría explicarse por el agua líquida en el lecho. Realizaron simulaciones de modelos por computadora del flujo de hielo, adaptados a condiciones específicas en Marte. Luego insertaron un parche de fricción de lecho reducido en el lecho de la capa de hielo simulado donde el agua, si está presente, permitiría que el hielo se deslizara y se acelerara. También variaron la cantidad de calor geotérmico proveniente del interior del planeta. Estos experimentos generaron ondulaciones en la superficie de hielo simulada que eran similares en tamaño y forma a las que el equipo observó en la superficie real de la capa de hielo.

La similitud entre la ondulación topográfica producida por el modelo y las observaciones reales de la nave espacial, junto con la evidencia de radar de penetración de hielo anterior sugiere que hay una acumulación de agua líquida debajo de la capa de hielo del polo sur de Marte, y que la actividad magmática ocurrió relativamente recientemente en el subsuelo de Marte para permitir el calentamiento geotérmico mejorado necesario para mantener el agua en estado líquido.

“La calidad de los datos que regresan de Marte, de los satélites orbitales, así como de los módulos de aterrizaje, es tal que podemos usarlos para responder preguntas realmente difíciles sobre las condiciones en, e incluso debajo de la superficie del planeta, utilizando las mismas técnicas que también usamos en la Tierra”, dijo Arnold. “Es emocionante usar estas técnicas para descubrir cosas sobre planetas que no sean los nuestros”.

Más información: Neil Arnold, Impacto topográfico superficial del agua subglacial debajo de la capa de hielo polar sur de Marte, Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01782-0. www.nature.com/articles/s41550-022-01782-0

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