Hace tiempo que se sabe que Marte alguna vez tuvo océanos debido en parte a un campo magnético protector similar al de la Tierra. Sin embargo, el campo desapareció misteriosamente, y una nueva investigación finalmente podría explicar por qué.
Ya sea por la ciencia ficción o por el hecho de que puedes verlo con tus propios ojos desde la Tierra, Marte ha capturado la imaginación de la gente durante siglos. Es uno de los planetas más cercanos a nosotros y ha sido estudiado con todo tipo de instrumentos científicos a bordo de las diversas sondas espaciales no tripuladas que lo han explorado y continúan haciéndolo.
A pesar de esto, hay algunas grandes preguntas sin respuesta sobre el planeta rojo, cuyas respuestas podrían incluso arrojar luz sobre nuestro propio pasado y futuro distantes, dado que la Tierra, Marte y todos nuestros planetas vecinos nacieron de la misma materia cósmica.
Algunas grandes preguntas sobre Marte ya han sido respondidas. Por ejemplo, sabemos que muchas características visibles de Marte son prueba de que solía tener océanos y un campo magnético protector. Pero una pregunta en particular había estado en la mente del profesor Kei Hirose del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Universidad de Tokio: si hubo un campo magnético alrededor de Marte, entonces, ¿por qué estuvo allí y qué lo llevó a desaparecer?
Obligado a responder a esta pregunta, un equipo dirigido por el estudiante de doctorado Shunpei Yokoo en el laboratorio de Hirose exploró una forma novedosa de probar algo tan distante de nosotros tanto en el tiempo como en el espacio.
«El campo magnético de la Tierra es impulsado por corrientes de convección increíblemente grandes de metales fundidos en su núcleo. Se cree que los campos magnéticos en otros planetas funcionan de la misma manera», explicó Hirose.
«Aunque aún no se conoce la composición interna de Marte, la evidencia de los meteoritos sugiere que es hierro fundido enriquecido con azufre. Además, las lecturas sísmicas de la sonda InSight de la NASA en la superficie nos dicen que el núcleo de Marte es más grande y menos denso de lo que se pensaba anteriormente. Estas cosas implican la presencia de elementos más ligeros adicionales como el hidrógeno. Con este detalle, preparamos aleaciones de hierro que esperamos constituyan el núcleo y las sometemos a experimentos», añadió.
Diamantes y láseres.
El experimento involucró diamantes, láseres y una sorpresa inesperada. Yokoo hizo una muestra de material que contiene hierro, azufre e hidrógeno, Fe-S-H, que es de lo que él y su equipo esperan que alguna vez estuvo hecho el núcleo de Marte. Colocaron esta muestra entre dos diamantes y la comprimieron mientras la calentaban con un láser infrarrojo. Esto fue para simular la temperatura y la presión estimadas en el núcleo.
Las observaciones de muestras con rayos X y haces de electrones permitieron al equipo obtener imágenes de lo que sucedía durante la fusión bajo presión e incluso mapear cómo cambió la composición de la muestra durante ese tiempo.
«Nos sorprendió mucho ver un comportamiento particular que podría explicar muchas cosas. El Fe-S-H inicialmente homogéneo se separó en dos líquidos distintos con un nivel de complejidad que no se había visto antes bajo este tipo de presiones», contó Hirose. «Uno de los líquidos de hierro era rico en azufre, el otro rico en hidrógeno, y esto es clave para explicar el nacimiento y finalmente la muerte del campo magnético alrededor de Marte».
El hierro líquido rico en hidrógeno y pobre en azufre, al ser menos denso, se habría elevado por encima del hierro líquido más denso —rico en azufre y pobre en hidrógeno—, provocando corrientes de convección. Estas corrientes, similares a las de la Tierra, habrían impulsado un campo magnético capaz de mantener el hidrógeno en una atmósfera alrededor de Marte, lo que a su vez habría permitido que el agua existiera en estado líquido. Sin embargo, no iba a durar...
A diferencia de las corrientes de convección internas de la Tierra, que son extremadamente duraderas, una vez que los dos líquidos se separaron por completo, no habría más corrientes para generar un campo magnético. Y cuando eso sucedió, el hidrógeno de la atmósfera fue expulsado al espacio por el viento solar, lo que provocó la descomposición del vapor de agua y, finalmente, la evaporación de los océanos marcianos. Y todo esto habría ocurrido hace unos 4 mil millones de años.
«Tomando nuestros resultados en cuenta, es de esperar que un estudio sísmico adicional de Marte verifique que el núcleo está en capas distintas como predecimos», dijo Hirose. «Si ese es el caso, nos ayudaría a completar la historia de cómo se formaron los planetas rocosos, incluida la Tierra, y explicar su composición. Y podrías estar pensando que la Tierra algún día también podría perder su campo magnético, pero no te preocupes, eso no sucederá hasta dentro de al menos mil millones de años».
El estudio ha sido publicado en Nature Communications.
Fuente: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00206.html
Las corrientes eléctricas (flechas azul y roja) crean una una estructura anidada de doble bucle que envuelve continuamente al planeta desde su lado diurno hasta su lado nocturno. Estos bucles de corriente distorsionan el campo magnético del viento solar (no se muestra), que se extiende alrededor de Marte para crear una magnetosfera inducida alrededor. Crédito: Cindy Starr/NASA.
Ya sea por la ciencia ficción o por el hecho de que puedes verlo con tus propios ojos desde la Tierra, Marte ha capturado la imaginación de la gente durante siglos. Es uno de los planetas más cercanos a nosotros y ha sido estudiado con todo tipo de instrumentos científicos a bordo de las diversas sondas espaciales no tripuladas que lo han explorado y continúan haciéndolo.
A pesar de esto, hay algunas grandes preguntas sin respuesta sobre el planeta rojo, cuyas respuestas podrían incluso arrojar luz sobre nuestro propio pasado y futuro distantes, dado que la Tierra, Marte y todos nuestros planetas vecinos nacieron de la misma materia cósmica.
Algunas grandes preguntas sobre Marte ya han sido respondidas. Por ejemplo, sabemos que muchas características visibles de Marte son prueba de que solía tener océanos y un campo magnético protector. Pero una pregunta en particular había estado en la mente del profesor Kei Hirose del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Universidad de Tokio: si hubo un campo magnético alrededor de Marte, entonces, ¿por qué estuvo allí y qué lo llevó a desaparecer?
Posible aspecto de Marte en su pasado con océanos y campo magnético.
Obligado a responder a esta pregunta, un equipo dirigido por el estudiante de doctorado Shunpei Yokoo en el laboratorio de Hirose exploró una forma novedosa de probar algo tan distante de nosotros tanto en el tiempo como en el espacio.
«El campo magnético de la Tierra es impulsado por corrientes de convección increíblemente grandes de metales fundidos en su núcleo. Se cree que los campos magnéticos en otros planetas funcionan de la misma manera», explicó Hirose.
«Aunque aún no se conoce la composición interna de Marte, la evidencia de los meteoritos sugiere que es hierro fundido enriquecido con azufre. Además, las lecturas sísmicas de la sonda InSight de la NASA en la superficie nos dicen que el núcleo de Marte es más grande y menos denso de lo que se pensaba anteriormente. Estas cosas implican la presencia de elementos más ligeros adicionales como el hidrógeno. Con este detalle, preparamos aleaciones de hierro que esperamos constituyan el núcleo y las sometemos a experimentos», añadió.
Diamantes y láseres.
El experimento involucró diamantes, láseres y una sorpresa inesperada. Yokoo hizo una muestra de material que contiene hierro, azufre e hidrógeno, Fe-S-H, que es de lo que él y su equipo esperan que alguna vez estuvo hecho el núcleo de Marte. Colocaron esta muestra entre dos diamantes y la comprimieron mientras la calentaban con un láser infrarrojo. Esto fue para simular la temperatura y la presión estimadas en el núcleo.
Las observaciones de muestras con rayos X y haces de electrones permitieron al equipo obtener imágenes de lo que sucedía durante la fusión bajo presión e incluso mapear cómo cambió la composición de la muestra durante ese tiempo.
Bajo presión. El yunque de diamante utilizado en los experimentos. Crédito: Yokoo et al.
«Nos sorprendió mucho ver un comportamiento particular que podría explicar muchas cosas. El Fe-S-H inicialmente homogéneo se separó en dos líquidos distintos con un nivel de complejidad que no se había visto antes bajo este tipo de presiones», contó Hirose. «Uno de los líquidos de hierro era rico en azufre, el otro rico en hidrógeno, y esto es clave para explicar el nacimiento y finalmente la muerte del campo magnético alrededor de Marte».
El hierro líquido rico en hidrógeno y pobre en azufre, al ser menos denso, se habría elevado por encima del hierro líquido más denso —rico en azufre y pobre en hidrógeno—, provocando corrientes de convección. Estas corrientes, similares a las de la Tierra, habrían impulsado un campo magnético capaz de mantener el hidrógeno en una atmósfera alrededor de Marte, lo que a su vez habría permitido que el agua existiera en estado líquido. Sin embargo, no iba a durar...
Las imágenes de microsonda electrónica muestran en detalle la extraña textura de los dos líquidos de aleación de hierro. Se dice que los líquidos que se separan de esa manera son inmiscibles. Crédito: Yokoo et al.
A diferencia de las corrientes de convección internas de la Tierra, que son extremadamente duraderas, una vez que los dos líquidos se separaron por completo, no habría más corrientes para generar un campo magnético. Y cuando eso sucedió, el hidrógeno de la atmósfera fue expulsado al espacio por el viento solar, lo que provocó la descomposición del vapor de agua y, finalmente, la evaporación de los océanos marcianos. Y todo esto habría ocurrido hace unos 4 mil millones de años.
«Tomando nuestros resultados en cuenta, es de esperar que un estudio sísmico adicional de Marte verifique que el núcleo está en capas distintas como predecimos», dijo Hirose. «Si ese es el caso, nos ayudaría a completar la historia de cómo se formaron los planetas rocosos, incluida la Tierra, y explicar su composición. Y podrías estar pensando que la Tierra algún día también podría perder su campo magnético, pero no te preocupes, eso no sucederá hasta dentro de al menos mil millones de años».
Esta figura del estudio muestra cómo el núcleo de Marte y el núcleo de la Tierra comenzaron de manera similar y luego cambiaron con el tiempo. El azul claro y el azul oscuro representan líquidos flotantes y densos, respectivamente. Crédito: Yokoo et al.
El estudio ha sido publicado en Nature Communications.
Fuente: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00206.html
