Todos los planetas de nuestro Sistema Solar interactúan con la corriente de partículas energéticas que provienen de nuestro Sol. A menudo denominado "viento solar", estas partículas consisten principalmente en electrones, protones y partículas alfa que se dirigen constantemente hacia el espacio interestelar. Cuando esta corriente entra en contacto con la magnetosfera o atmósfera de un planeta, forma una región a su alrededor conocida como "choque de arco".
Estas regiones se forman frente al planeta, ralentizando y desviando el viento solar a medida que avanza, al igual que la forma en que el agua se desvía alrededor de un barco. En el caso de Marte, es la ionosfera del planeta la que proporciona el ambiente conductivo necesario para que se forme un arco de choque. Y según un nuevo estudio realizado por un equipo de científicos europeos, el impacto del arco de Marte cambia como resultado de los cambios en la atmósfera del planeta.
El estudio, titulado "Variaciones anuales en la ubicación del choque marciano del arco según lo observado por la Misión Mars Express", apareció en el Revista de Letras Geofísicas: Física Espacial. Usando datos de la Mars Express orbitador, el equipo científico buscó investigar cómo y por qué la ubicación del arco de choque varía durante el transcurso de varios años marcianos, y qué factores son los principales responsables.
Durante muchas décadas, los astrónomos han sido conscientes de que se forman choques de proa aguas arriba de un planeta, donde la interacción entre el viento solar y el planeta hace que las partículas energéticas se desaceleren y se desvíen gradualmente. Donde el viento solar se encuentra con la magnetosfera o atmósfera del planeta, se forma una línea divisoria nítida, que se extiende alrededor del planeta en un arco cada vez más amplio.
De aquí proviene el término choque de arco, debido a su forma distintiva. En el caso de Marte, que no tiene un campo magnético global y una atmósfera bastante delgada para arrancar (menos del 1% de la presión atmosférica de la Tierra al nivel del mar), es la región cargada eléctricamente de la atmósfera superior (la ionosfera) que es responsable de crear el arco de choque alrededor del planeta.
Al mismo tiempo, el tamaño, la masa y la gravedad relativamente pequeños de Marte permiten la formación de una atmósfera extendida (es decir, una exosfera). En esta porción de la atmósfera de Marte, los átomos y las moléculas gaseosas escapan al espacio e interactúan directamente con el viento solar. A lo largo de los años, esta extensa atmósfera y el choque del arco de Marte han sido observados por múltiples misiones orbitales, que han detectado variaciones en el límite de este último.
Se cree que esto es causado por múltiples factores, uno de los cuales es la distancia. Debido a que Marte tiene una órbita relativamente excéntrica (0.0934 en comparación con la 0.0167 de la Tierra), su distancia del Sol varía bastante, pasando de 206.7 millones de km (128.437 millones de millas; 1.3814 UA) en el perihelio a 249.2 millones de kilómetros (154.8457 millones de millas; 1.666 AU) en afelio.
Cuando el planeta está más cerca, aumenta la presión dinámica del viento solar contra su atmósfera. Sin embargo, este cambio en la distancia también coincide con aumentos en la cantidad de radiación solar ultravioleta extrema (EUV) entrante. Como resultado, aumenta la velocidad a la que se producen iones y electrones (también conocido como plasma) en la atmósfera superior, lo que provoca un aumento de la presión térmica que contrarresta el viento solar entrante.
Los iones recién creados dentro de la atmósfera extendida también son recogidos y acelerados por los campos electromagnéticos transportados por el viento solar. Esto tiene el efecto de ralentizarlo y hacer que el arco de Marte cambie de posición. Se sabe que todo esto sucede en el transcurso de un solo año marciano, lo que equivale a 686.971 días terrestres o 668.5991 días marcianos (soles).
Sin embargo, cómo se comporta durante períodos de tiempo más largos es una pregunta que no había sido respondida previamente. Como tal, el equipo de científicos europeos consultó los datos obtenidos por el Mars Express misión durante un período de cinco años. Estos datos fueron tomados por el analizador de espectrómetro de electrones (ELS) de plasma espacial y átomos enetréticos (ASPERA-3), que el equipo usó para examinar un total de 11,861 cruces de arco de choque.
Lo que encontraron fue que, en promedio, el arco de choque está más cerca de Marte cuando está cerca de afelio (8102 km), y más lejos en el perihelio (8984 km). Esto resulta en una variación de aproximadamente el 11% durante el año marciano, lo cual es bastante consistente con su excentricidad. Sin embargo, el equipo quería ver cuál (si alguno) de los mecanismos estudiados anteriormente era el principal responsable de este cambio.
Con este fin, el equipo consideró las variaciones en la densidad del viento solar, la fuerza del campo magnético interplanetario y la irradiación solar como causas principales, que disminuyen a medida que el planeta se aleja del Sol. Sin embargo, lo que encontraron fue que la ubicación del arco de choque parecía más sensible a las variaciones en la salida del sol de radiación ultravioleta extrema que a las variaciones en el viento solar.
Las variaciones en la distancia de choque del arco también parecían estar relacionadas con la cantidad de polvo en la atmósfera marciana. Esto aumenta a medida que Marte se acerca al perihelio, lo que hace que la atmósfera absorba más radiación solar y se caliente. Al igual que el aumento de los niveles de EUV conduce a una mayor cantidad de plasma en la ionosfera y la exosfera, el aumento de las cantidades de polvo parece actuar como un amortiguador contra el viento solar.
Como Benjamin Hall, investigador de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido y autor principal del artículo, dijo en un comunicado de prensa de la ESA:
"Las tormentas de polvo han demostrado previamente que interactúan con la atmósfera superior y la ionosfera de Marte, por lo que puede haber un acoplamiento indirecto entre las tormentas de polvo y la ubicación del arco de choque ... Sin embargo, no sacamos más conclusiones sobre cómo las tormentas de polvo podrían directamente impactar la ubicación de la descarga del arco marciano y dejar tal investigación para un estudio futuro ".
Al final, Hall y su equipo no pudieron identificar ningún factor al abordar por qué los golpes de arco de Marte cambian durante períodos de tiempo más largos. "Parece probable que ningún mecanismo único pueda explicar nuestras observaciones, sino más bien un efecto combinado de todas ellas", dijo. "En este punto, ninguno de ellos puede ser excluido".
Mirando hacia el futuro, Hall y sus colegas esperan que las futuras misiones ayuden a arrojar luz adicional sobre los mecanismos detrás del cambio de arco de Marte. Como Hall indicó, esto probablemente involucrará "" investigaciones conjuntas por parte de la ESA Mars Express y traza Gas Orbiter, y de la NASA MAVEN misión. Los primeros datos de MAVEN parecen confirmar las tendencias que descubrimos ".
Si bien este no es el primer análisis que buscaba entender cómo interactúa la atmósfera de Marte con el viento solar, este análisis en particular se basó en datos obtenidos durante un período de tiempo mucho más largo que cualquier estudio anterior. Al final, las múltiples misiones que actualmente estudian Marte revelan mucho sobre la dinámica atmosférica de este planeta. Un planeta que, a diferencia de la Tierra, tiene un campo magnético muy débil.
Lo que aprendamos en el proceso contribuirá en gran medida a garantizar que las futuras misiones de exploración a Marte y otros planetas que tengan campos magnéticos débiles (como Venus y Mercurio) sean seguras y efectivas. ¡Incluso podría ayudarnos con la creación de bases permanentes en estos mundos algún día!
