Las temperaturas del aire en Marte raramente son positivas

De todos los planetas del Sistema Solar, Marte es el que presenta una mayor similitud con las condiciones ambientales terrestres ya que está compuesto por roca y metales de alta densidad. Además, rota aproximadamente al mismo ritmo y en el mismo sentido que la Tierra: un día marciano o ‘sol’ dura 24 horas y 20 minutos, mientras que su año se prolonga durante 668,59 soles, lo que corresponde aproximadamente a dos años terrestres. Éste es el motivo por el cual las estaciones marcianas tienen aproximadamente el doble de duración que las terrestres. Por otro lado, el eje de rotación de Marte es muy parecido al de la Tierra: su inclinación es de 25º, mientras que la de la Tierra es de 23,5º, lo que ocurre es que la excentricidad de su órbita es mucho más grande: 0,093, mientras que en la Tierra es de 0,017, lo cual produce una gran diferencia en la irradiación solar máxima recibida en el hemisferio norte comparada con el sur. Como consecuencia de este diferente aporte energético, las estaciones resultan más extremas en el hemisferio sur. Una muestra de ello es que las temperaturas veraniegas en el hemisferio sur pueden ser hasta 30º C más calientes que las del verano del hemisferio norte.

Aunque la atmósfera marciana está compuesta casi en su totalidad de CO2, la presión media global en superficie es de  aproximadamente 6 mb, apenas un 1% de la presión terrestre. Esta tenue atmósfera, junto con la ausencia de masas oceánicas y la baja inercia térmica del suelo marciano producen una gran amplitud térmica diaria haciendo que la diferencia de temperatura del aire entre el día y la noche pueda ser de hasta 70º C. Además, Marte está situado a una distancia del Sol 1,52 veces más lejana que la Tierra, recibiendo solo un 43% de la luz solar que recibe nuestro planeta.

Recorte de un infograma publicado por MSL donde se comparan las temperaturas de Gale con las de Los Angeles. Créditos: NASA/JPL-Caltech/CAB (CSIC-INTA).

Según datos de una investigación previa, (T.I. Michaels and S. C. R. Rafkin, 2004, QJRMeteorolSoc 130, 1251–1274), a diferencia de la capa atmosférica terrestre cercana a la superficie, la cual es calentada principalmente por procesos turbulentos, la de Marte es calentada por procesos radiativos. Durante el día, la superficie caliente irradia un flujo de energía ascendente, donde es absorbida por el polvo y CO2 de las capas atmosféricas cercanas al suelo. Por la noche, y de acuerdo a una investigación de Aymeric Spiga (A. Spiga, 2011, PSS, 59:10 915-922), este proceso se invierte, desarrollándose una fuerte inversión térmica. El efecto del calentamiento radiativo se incrementa debido a la baja masa atmosférica: una unidad de energía entrante puede generar un incremento de temperatura casi 100 veces mayor que en la Tierra debido a la diferencia de densidad. Por esta misma razón, la eficiencia del transporte turbulento de energía se ve fuertemente debilitado en Marte, aunque las variaciones turbulentas pueden ser mucho más grandes que en la Tierra.

Según una reciente investigación (J. Pla-Garcia et al., 2016; Scot C. R. Rafkin et al. 2016), la diferencia de temperatura entre el suelo y la capa atmosférica superficial dependerá de la cantidad de radiación solar recibida, pudiendo llegar a tener 30º C de diferencia, la cual varía también entre localizaciones dependiendo no solo de la latitud, sino también del albedo -cantidad de luz solar reflejada-, la inercia térmica del suelo y de la cantidad de polvo atmosférico. Esta discrepancia sustancial en la temperaturas aire-suelo entre Marte y la Tierra deriva en una incorrecta interpretación de las temperaturas máximas marcianas en la literatura y páginas web de divulgación, en las que la temperatura del suelo a menudo se confunde con la del aire. Si bien el sensor de temperatura de ingeniería (no del aire) en el interior de la cámara frontal Hazcam con recubrimiento metálico del rover Spirit registró una temperatura de +35º C después de ser estar sometida a una intensa radiación solar, no es riguroso utilizarla como temperatura del aire. Del mismo modo, a menudo se utiliza la temperatura del suelo medida por REMS (que en algunas ocasiones puede alcanzar los +15,9º C) como temperatura del aire.

Mapa topográfico de MOLA (Mars Orbiter Laser Altimeter) con las localizaciones de las misiones cercanas al ecuador. Créditos: NASA/MOLA team.

En el PDS (Planetary Data System) de la NASA se puede comprobar que la temperatura media del aire en Marte cerca de la superficie está alrededor de -55º C, la cual varía desde los +3,15º C de máxima en regiones cercanas al ecuador hasta temperaturas inferiores a -100º C en los casquetes polares, mientras que las temperaturas nocturnas en los polos están limitadas por la temperatura de condensación del CO2, que es de -123,15º C. Por otro lado, la temperatura del aire más alta registrada en Marte,+3,15º C, fue medida por el instrumento REMS, que se encuentra el cráter Gale próximo al ecuador en el hemisferio sur marciano, justo después del mediodía del sol 754 en plena primavera, momento en el que el cráter recibe mayor irradiación solar. Otras temperaturas máximas del aire cerca del ecuador marciano medidas a la misma altura sobre el suelo son las del aterrizador Viking 1, con -17,4º C y el aterrizador Pathfinder, con -11,6º C, ambas registradas en verano. Los rover Spirit y Opportunity, aunque carecían de instrumentación meteorológica, podían estimar indirectamente la temperatura del aire aplicando algoritmos de correlación con la banda de 15μm de CO2 usando el espectrómetro mini-TES, obteniendo las temperaturas máximas de -13.15º C en el caso de Spirit y de -8.15º C en el caso de Opportunity.

Se puede concluir por lo tanto que, aunque la escasez de medidas meteorológicas en Marte hace que estas no sean globalmente representativas, registrar temperaturas del aire en Marte positivas es algo realmente excepcional.

Hoy se ha dejado caer por astrométrico una de las personas que, probablemente, mejor conoce Marte. Se llama Jorge Pla García, y tuve el placer de coincidir cuatro años con él en el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) donde sigue siendo investigador. Además, es investigador asociado en el Southwest Research Institute (SwRI) y en el Space Science Institute (SSI). Pertenece a cuatro equipos relacionados con tres misiones marcianas de NASA: REMS del rover Curiosity, TWINS del lander InSight, y en el rover Mars2020 es miembro del equipo del instrumento MEDA así como del Consejo de Atmósferas. Si quieres conocer mejor a Jorge, puedes leer más sobre él en la sección «Colaboradores«.

Referencias:
– Mars atmospheric dynamics as simulated by the NASA/Ames general circulation model (R.M. Haberle et al., 1993, Journal of Geophyscis Research 98 3093-3124).
– Aspects of the atmospheric surface layers on Mars and Earth (S.E. Larsen et al., 2002, Boundary-Layer Meteorology 105:3 451-470).
– Large-eddy simulation of atmospheric convection on Mars (T.I. Michaels and S. C. R. Rafkin, 2004, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 130, 1251–1274).
– The meteorology of Gale crater as determined from rover environmental monitoring station observations and numerical modeling. Part I: Comparison of model simulations with observations (J. Pla-Garcia et al., 2016, Icarus, doi:10.1016/j.icarus.2016.03.013).
– The meteorology of Gale Crater as determined from Rover Environmental Monitoring Station observations and numerical modeling. Part II: Interpretation (S. C. R. Rafkin et al., 2016, Icarus, doi:10.1016/j.icarus.2016.01.031)
– Meteorological predictions for the Beagle 2 mission to Mars (S. C. R. Rafkin et al., 2004, Geophysical Research Letters 31 1).
– Surface and boundary‐layer modelling for the Mars Exploration Rover sites (H. Savijärvi and J. Kauhanen, 2008, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society 134:632 635–641).
– Surface and near-surface atmospheric temperatures for the Mars Exploration Rover landing sites (N. Spanovich et al, 2006, Icarus 180:2 314–320).
– The impact of martian mesoscale winds on surface temperature and on the determination of thermal inertia (A. Spiga et al., 2011, Icarus 212:2 504-519).
– Elements of comparison between Martian and terrestrial mesoscale meteorological phenomena: Katabatic winds and boundary layer convection (A. Spiga, 2011, Planet Space Science, 59:10 915-922).
– Extreme Planet Takes Its Toll.
– The Planetary Data System.