Gracias a décadas de exploración utilizando misiones orbitales robóticas, aterrizadores y rovers, los científicos están seguros de que hace miles de millones de años, el agua líquida fluyó en la superficie de Marte. Más allá de eso, quedan muchas preguntas, que incluyen si el flujo de agua fue intermitente o regular. En otras palabras, ¿Marte era realmente un ambiente "cálido y húmedo" hace miles de millones de años, o era más parecido a "frío y hielo"?
Estas preguntas han persistido debido a la naturaleza de la superficie y la atmósfera de Marte, que ofrecen respuestas conflictivas. Según un nuevo estudio de la Universidad de Brown, parece que ambos podrían ser el caso. Básicamente, los primeros Marte podrían haber tenido cantidades significativas de hielo en la superficie que experimentaron derretimiento periódico, produciendo suficiente agua líquida para tallar los antiguos valles y lechos de los lagos que se ven hoy en el planeta.
El estudio, titulado "Modelo climático tardío de las tierras altas heladas de Noachian: exploración de la posibilidad de fusión transitoria y actividad fluvial / lacustre a través de las temperaturas máximas anuales y estacionales", apareció recientemente en Ícaro Ashley Palumbo - un Ph.D. estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra, Medioambientales y Planetarias de Brown, dirigió el estudio y se unió a ella su profesor supervisor (Jim Head) y el profesor Robin Wordsworth de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard.
Por el bien de su estudio, Palumbo y sus colegas buscaron encontrar el puente entre la geología de Marte (que sugiere que el planeta estuvo una vez cálido y húmedo) y sus modelos atmosféricos, que sugieren que estaba frío y helado. Como demostraron, es plausible que durante el pasado, Marte estaba congelado con glaciares. Durante las temperaturas máximas diarias en el verano, estos glaciares se derretirían en los bordes para producir agua corriente.
Después de muchos años, concluyeron, estos pequeños depósitos de agua de deshielo habrían sido suficientes para tallar las características observadas en la superficie hoy. En particular, podrían haber tallado los tipos de redes de valles que se han observado en las tierras altas del sur de Marte. Como Palumbo explicó en un comunicado de prensa de la Universidad de Brown, su estudio se inspiró en dinámicas climáticas similares que tienen lugar aquí en la Tierra:
"Vemos esto en los valles secos antárticos, donde la variación estacional de la temperatura es suficiente para formar y mantener los lagos a pesar de que la temperatura media anual está muy por debajo de cero. Queríamos ver si algo similar podría ser posible para el antiguo Marte ".
Para determinar el vínculo entre los modelos atmosféricos y la evidencia geológica, Palumbo y su equipo comenzaron con un modelo climático de última generación para Marte. Este modelo suponía que hace 4 mil millones de años, la atmósfera estaba compuesta principalmente de dióxido de carbono (como lo es hoy) y que la producción del Sol era mucho más débil de lo que es ahora. A partir de este modelo, determinaron que Marte estaba generalmente frío y helado durante sus primeros días.
Sin embargo, también incluyeron una serie de variables que también pudieron haber estado presentes en Marte hace 4 mil millones de años. Estos incluyen la presencia de una atmósfera más espesa, lo que habría permitido un efecto invernadero más significativo. Dado que los científicos no pueden estar de acuerdo con la densidad de la atmósfera de Marte entre 4,2 y 3,7 mil millones de años atrás, Palumbo y su equipo ejecutaron los modelos para tener en cuenta varios niveles plausibles de densidad atmosférica.
También consideraron variaciones en la órbita de Marte que podrían haber existido hace 4 mil millones de años, lo que también ha sido objeto de algunas conjeturas. Aquí también, probaron una amplia gama de escenarios plausibles, que incluían diferencias en la inclinación axial y diferentes grados de excentricidad. Esto habría afectado la cantidad de luz solar recibida por un hemisferio sobre otro y llevado a variaciones estacionales de temperatura más significativas.
Al final, el modelo produjo escenarios en los que las regiones cubiertas de hielo cerca de la ubicación de las redes de valles en las tierras altas del sur. Si bien la temperatura media anual del planeta en estos escenarios estaba muy por debajo de cero, también produjo temperaturas máximas de verano en la región que se elevaron por encima de cero. Lo único que quedaba era demostrar que el volumen de agua producida sería suficiente para tallar esos valles.
Afortunadamente, en 2015, el profesor Jim Head y Eliot Rosenberg (un estudiante universitario con Brown en ese momento) crearon un estudio que estimaba la cantidad mínima de agua requerida para producir el mayor de estos valles. Utilizando estas estimaciones, junto con otros estudios que proporcionaron estimaciones de las tasas de escorrentía necesarias y la duración de la formación de la red del valle, Palumbo y sus colegas encontraron un escenario derivado del modelo que funcionó.
Básicamente, descubrieron que si Marte tenía una excentricidad de 0.17 (en comparación con su excentricidad actual de 0.0934) una inclinación axial de 25 ° (en comparación con 25.19 ° hoy) y una presión atmosférica de 600 mbar (100 veces lo que es hoy) entonces habría tomado alrededor de 33,000 a 1,083,000 años producir suficiente agua de deshielo para formar las redes del valle. Pero suponiendo una órbita circular, una baldosa axial de 25 ° y una atmósfera de 1000 mbar, habría llevado entre 21,000 y 550,000 años.
Los grados de excentricidad e inclinación axial requeridos en estos escenarios están dentro del rango de posibles órbitas para Marte hace 4 mil millones de años. Y como Head indicó, este estudio podría conciliar la evidencia atmosférica y geológica que ha estado en desacuerdo en el pasado:
"Este trabajo agrega una hipótesis plausible para explicar la forma en que el agua líquida podría haberse formado en los primeros Marte, de manera similar al deshielo estacional que produce los arroyos y lagos que observamos durante nuestro trabajo de campo en los Valles Secos de la Antártida McMurdo". Actualmente estamos explorando mecanismos adicionales de calentamiento de candidatos, incluidos el volcanismo y la formación de cráteres de impacto, que también podrían contribuir a la fusión de un Marte frío y helado temprano ”.
También es significativo porque demuestra que el clima de Marte estaba sujeto a variaciones que también ocurren regularmente aquí en la Tierra. Esto proporciona otra indicación de cómo nuestros dos aviones son similares en algunos aspectos, y cómo la investigación de uno puede ayudar a avanzar en nuestra comprensión del otro. Por último, pero no menos importante, ofrece una síntesis de un tema que ha producido una buena cantidad de desacuerdo.
El tema de cómo Marte pudo haber experimentado agua caliente y fluida en su superficie, y en un momento en que la producción del Sol era mucho más débil de lo que es hoy, ha sido objeto de mucho debate. En los últimos años, los investigadores han presentado varias sugerencias sobre cómo podría haberse calentado el planeta, desde cirros hasta explosiones periódicas de gas metano desde debajo de la superficie.
Si bien este último estudio no ha resuelto el debate entre los campamentos "cálido y acuoso" y "frío y helado", ofrece pruebas convincentes de que los dos pueden no ser mutuamente excluyentes. El estudio también fue objeto de una presentación realizada en la 48ª Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria, que tuvo lugar del 20 al 24 de marzo en The Woodland, Texas.
