Y el oxígeno entró en escena

Estamos en una fase de la exploración espacial en la que somos capaces de medir la composición química de la atmósfera de otro planeta a ras del suelo. Es más, somos capaces de medir cambios estacionales en la composición atmosférica. El cráter Gale en Marte es el lugar clave desde donde se están tomando esas medidas gracias al rover Curiosity. Hasta ahora, los cambios estacionales en la composición atmosférica han estado relacionados con el metano. Sin embargo, y aun sin resolver el misterio del metano marciano, entra un nuevo actor en el escenario: el oxígeno molecular.

Los datos que han puesto en juego a esta molécula han sido obtenidos con el instrumento SAM (Sample Analysis at Mars) del Curiosity durante tres años marcianos, es decir, casi seis años terrestres. SAM analizó la composición de la atmósfera y tras interpretar los resultados se confirmó que los niveles de oxígeno molecular se comportan de un modo que no encaja con ningún proceso químico conocido. Lo que sí que supieron interpretar los científicos fue cómo los distintos compuestos del aire marciano se mezclan y circulan debido a los cambios de presión durante el año marciano.

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Autorretrato del rover Curiosity || Créditos: NASA/JPL-Caltech/MSSS (Ampliar).

Cambios de presión atmosférica

Los cambios de presión atmosférica son causados por la congelación del CO2 en el polo invernal. Al pasar de estado gaseoso a sólido, la cantidad de atmósfera disminuye y la presión desciende. Luego, cuando en primavera y en verano el CO2 se evapora y vuelve a la atmósfera, aumenta la presión. Estos cambios de presión periódica son los que provocan corrientes de aire a nivel planetario.

El oxígeno entra en acción

En estas condiciones de variación en la presión, los científicos han descubierto que el nitrógeno molecular y el argón siguen un patrón estacional predecible. Su concentración aumenta y disminuye en relación con la cantidad de CO2. Con respecto al oxígeno molecular se esperaba algo similar. Sin embargo, no fue así. Las concentraciones de oxígeno molecular se desviaban con respecto a la previsión, y además variaban hasta en un 30% de una estación a otra. Esto implica que algo lo está produciendo y luego lo retira.

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Variación estacional del oxígeno en Marte || Créditos: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard (Ver).

«La primera vez que lo vimos, fue simplemente alucinante», dijo Sushil Atreya, profesor de Ciencias Climáticas y Espaciales de la Universidad de Michigan y coautor de un artículo que fue publicado el pasado 12 de noviembre en el Journal of Geophysical Research: Planets y que ofrece datos de esta investigación (Trainer, 2019). Tan pronto como los científicos descubrieron el enigma del oxígeno molecular, se pusieron a investigar las posibles causas.

Posibles causas de la variación de oxígeno

Primero verificaron por partida doble e incluso triple la precisión del instrumento SAM y vieron que todo funcionaba correctamente. Con el instrumento validado, consideraron la posibilidad de que las moléculas de CO2 o de agua pudieran haber liberado átomos de oxígeno. Esto podría haber provocado un aumento transitorio, pero se necesitaría cinco veces más agua para producir esas cantidades de oxígeno. Con respecto al CO2, se descompone demasiado lentamente como para ser generado en tan poco tiempo.

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Pasaje marciano fotografiado por el rover Curiosity || Créditos: NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems (Ampliar).

¿Y la disminución de oxígeno? ¿Podría la radiación solar haber descompuesto el oxígeno molecular en dos átomos para después ser expulsada al espacio? Los modelos conocidos establecen que no es viable porque para que el oxígeno desaparezca por este proceso, tardaría al menos diez años. «Estamos tratando de explicarlo. El hecho de que el comportamiento del oxígeno no sea perfectamente repetible cada temporada nos hace pensar que no es un problema de dinámica atmosférica. Tiene que ser una fuente química que aún no podemos explicar», intuye Melissa Trainer, científica planetaria del Goddard Space Flight Center de la NASA y autora principal del artículo.

Oxígeno Vs Metano

Para los científicos que estudian Marte, el misterio del oxígeno es curiosamente similar al del metano. Todo apunta a que el metano está constantemente en el aire que circula en el Cráter Gale. Su concentración es extremadamente baja: 0.00000004% en promedio. Estos valores hacen que el metano apenas sea discernible por los instrumentos más sensibles. Aún así, se ha logrado medir con el espectrómetro láser sintonizable de SAM (Giuranna, 2019), observando que aumenta y disminuye estacionalmente en un 60% de abundancia (Webster, 2018). ¿El motivo? A día de hoy, inexplicable.

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Comparativa de las variaciones de oxígeno y metano, donde se aprecia la dependencia estacional || Créditos: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard (Ampliar).

Tanto el oxígeno molecular como el metano se pueden producir tanto biológicamente como geoquímicamente. A pesar de esto, los científicos están considerando todas las opciones a pesar de que no tienen ninguna evidencia de actividad biológica en Marte. Además, Curiosity no tiene instrumentos que puedan asegurar el origen bioquímico o geoquímico ni del metano ni del oxígeno molecular. Aunque si nos atenemos a datos previos, todo apunta a que su origen es geoquímico.

Sin un supuesto plausible

El equipo de Trainer consideró que el suelo marciano podría actuar como una fuente de oxígeno extra en primavera. Se sabe que es rico en este elemento en forma de compuestos como el peróxido de hidrógeno o los percloratos. Además, un experimento de las Viking mostró en 1976 que el calor y la humedad podrían liberar oxígeno del suelo marciano. El «pero» es que ese experimento se llevó a cabo en condiciones muy diferentes del entorno de la primavera marciana y no explica la caída de oxígeno.

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Atardecer marciano fotografiado por la Viking 1 en 1976 || Créditos: NASA/JPL (Ver).

Otras posibles explicaciones posibles tampoco convencen por el momento. Por ejemplo, la radiación de alta energía recibida del Sol podría liberar oxígeno molecular de la superficie y verterla al aire, pero se tardarían cientos de miles daños en acumular una cantidad suficiente de oxígeno en el suelo como para provocar variaciones medibles en tan solo una primavera.

«Todavía no hemos podido encontrar un proceso que produzca la cantidad de oxígeno que necesitamos, pero creemos que tiene que ser alguna variación en superficie que cambia estacionalmente porque no hay suficientes átomos de oxígeno disponibles en la atmósfera para crear el comportamiento que vemos «, explica Timothy McConnochie, investigador en la Universidad de Maryland y coautor del artículo que expone la investigación.

A pesar de los experimentos de las Viking, las medidas de SAM son las primeras de la atmósfera marciana lo suficientemente amplias como para poder detectar variaciones estacionales. Este instrumento seguirá recopilando datos para que los científicos tengan más muestras para poder interpretar lo que realmente ocurre, tanto con el metano como con el oxígeno.

Referencias

  • Giuranna, M. et al (2019). «Independent confirmation of a methane spike on Mars and a source region east of Gale Crater». Nature Geoscience, 121752-0908. DOI: 10.1038/s41561-019-0331-9 (Ver).
  • Shekhtman, L. (2019). «With Mars Methane Mystery Unsolved, Curiosity Serves Scientists a New One: Oxygen». NASA GSFC (Ver).
  • Trainer, M. et al (2019). «Seasonal variations in atmospheric composition as measured in Gale Crater, Mars». Journal of Geophysical Research: Planets, DOI: 10.1029/2019JE006175 (Ver).
  • Wall, M. (2019). «1st Methane, Now Oxygen: Another Possible ‘Biosignature’ Gas Is Acting Weird on Mars». Space.com (Ver).
  • Webster, C.R. et al (2018). «Background levels of methane in Mars’ atmosphere show strong seasonal variations». Science, 360, Iss. 6393, pp. 1093-1096. DOI: 10.1126/science.aaq0131 (Ver).

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