Diferencias polvorientas entre Marte y la Tierra

Los meteorólogos lo vieron venir con unos días de anticipación: los vientos aumentaban, el polvo se levantaba en el paisaje y la visibilidad disminuía. Los vuelos tendrían que ser cancelados... otro retraso de vuelo en un año lleno de ellos.

Excepto que esta vez, la interrupción fue en Marte. El retraso del vuelo fue para el helicóptero Ingenuity de la NASA, que en enero de 2022 se convirtió en el primer avión aterrizado por una tormenta de polvo en otro planeta (imagen de arriba).

Tormentas de polvo en Marte y la Tierra

Tanto Marte como la Tierra son azotados regularmente por tormentas de polvo de varios tamaños. Y aunque hay algunas similitudes entre los eventos, que ahora incluyen cancelaciones de vuelos, también hay algunas diferencias clave.

En la Tierra, un tercio de la superficie terrestre está cubierto de arena y polvo, mientras que el resto está anclado por vida vegetal, hielo, agua y asentamientos humanos.

Las tormentas de polvo más grandes surgen de vastos desiertos como el Sahara (que se muestra a continuación), el Gobi y la Península Arábiga. También pueden surgir en el Outback, la Patagonia, el suroeste de los EE. UU. y México, o en regiones que experimenten sequías severas. De acuerdo con las estimaciones de los científicos, de 20 a 40 millones de toneladas de polvo flotan en la atmósfera de la Tierra en un día determinado, y entre 1 y 3 mil millones de toneladas de polvo se elevan y depositan de regreso a la Tierra cada año.

En Marte, los remolinos de polvo y las tormentas pueden surgir en casi cualquier lugar porque el planeta está seco y polvoriento en casi todos los lugares que hemos mirado. Miles de millones de años de meteorización, probablemente por agua antigua y, más recientemente, por el constante chorro de arena de las tormentas impulsadas por el viento, han creado un planeta cubierto de arena y polvo. Las partículas son muy pequeñas y ligeramente electrostáticas, por lo que se adhieren a las superficies como lo hacen los cacahuetes de espuma en la Tierra.

Problemas del polvo

Tanto en la Tierra como en Marte, las tormentas de polvo pueden degradar gravemente la calidad del aire y obstruir motores y engranajes. En la Tierra, los aviones pueden quedar en tierra por el polvo en el aire porque puede dañar los motores a reacción y socavar los parabrisas, al mismo tiempo que reduce la visibilidad de los pilotos. En Marte, una gran tormenta de polvo en junio de 2018 puso fin a la misión del rover Opportunity de la NASA de 15 años. Tanto polvo estuvo en el aire durante tanto tiempo que los paneles solares del rover no pudieron recolectar suficiente luz solar para recargar las baterías.

El polvo terrestre suele ser recogido por frentes meteorológicos y tormentas, con diferencias de temperatura, presión atmosférica y contenido de humedad que aceleran el flujo de aire a través del paisaje. Los fuertes vientos se mueven a través de las tierras secas y recogen granos sueltos de polvo mineral, a veces elevándolos de cientos a miles de pies en la atmósfera y llevándolos de decenas a miles de millas a favor del viento. (La foto de abajo, tomada desde la Estación Espacial Internacional, muestra una tormenta sobre el norte de África en 2014). Pero el polvo no se eleva por encima de la tropopausa, la barrera de presión natural entre la troposfera y la estratosfera. Incluso si el polvo llega a esa altura, la gravedad y la precipitación lo devuelven a la superficie. Todo esto suele ocurrir en cuestión de horas o días.

Marte, sin embargo, no tiene tropopausa. El científico de aerosoles de la NASA Ralph Kahn, que estudió las atmósferas planetarias antes de concentrarse en la Tierra, explicó que sin esta barrera similar a una tapa (creada por el ozono estratosférico en la Tierra) y sin precipitaciones para derribarla, el polvo marciano puede elevarse más hacia la atmósfera.

Los vientos marcianos surgen principalmente de las diferencias en la forma en que la luz solar calienta la superficie entre hemisferios, entre el día y la noche, y entre superficies elevadas y deprimidas. Estas variaciones en el calentamiento conducen a columnas de aire ascendentes a escala local (formando remolinos de polvo) y estimulan el flujo horizontal de vientos a escala regional.

Aunque probablemente no sean tan potentes como los vientos más tormentosos de la Tierra, los vientos de Marte son lo suficientemente fuertes como para hacer girar todo, desde remolinos de polvo (que se muestran en las animaciones a continuación) hasta enormes columnas que bloquean la luz solar. Al contrario de algunas películas de ficción, es poco probable que las tormentas sean lo suficientemente potentes como para derribar vehículos y personas. Esto se debe a que la atmósfera marciana es más delgada (alrededor del 1 por ciento de la densidad (presión) de la atmósfera de la Tierra en la superficie), por lo que vientos similares no ejercen tanta fuerza sobre el planeta rojo.

“El polvo es la clave del clima marciano”, dijo Mark Lemmon, un científico planetario del Instituto de Ciencias Espaciales que estudia aerosoles y ha estado involucrado con el programa de Marte de la NASA desde los días de Pathfinder . “El polvo es movido por el tiempo, pero luego el polvo sostiene ese tiempo. Almacena y mueve energía alrededor de Marte de la misma manera que el agua puede mover energía alrededor de la Tierra”.

Una vez que está en el aire, el polvo de Marte tiende a permanecer en el aire durante mucho tiempo, a veces durante semanas o meses. La gravedad es más débil, aproximadamente un tercio de lo que es en la Tierra, y la atmósfera más delgada significa que hay menos resistencia. Y una vez que comienza, una tormenta de polvo en Marte a veces puede alimentarse a sí misma.

El polvo en la atmósfera marciana absorbe la luz solar, lo que calienta el aire que lo rodea. Esto acentúa las diferencias de calentamiento entre la superficie y el aire y entre una parte de la superficie y otra, las cuales pueden causar más flujo de aire vertical y horizontal.

“Los impactos son acumulativos y dramáticos”, dijo Lemmon, “por lo que se acumula mucho polvo en el cielo”. La imagen de arriba del Mars Reconnaissance Orbiter muestra una espesa columna de polvo sobre Utopia Planitia en noviembre de 2007.

Tormenta masiva de escala planetaria marciana

Cada año, Marte tiene algunas tormentas de polvo moderadamente grandes que cubren áreas del tamaño de un continente y duran varias semanas. Y de vez en cuando, por razones que los científicos aún no pueden explicar, las tormentas de polvo marcianas pueden construirse sobre sí mismas hasta engullir todo el planeta. (El evento de polvo global de 2018 se muestra a continuación). Estas tormentas masivas a escala planetaria parecen ocurrir aproximadamente cada tres o cuatro años de Marte (seis a ocho años terrestres). “No hay nada comparable en la Tierra”, señaló Kahn.

Una de las formas de medir la intensidad de las tormentas de polvo en la Tierra es a través de la profundidad óptica del aerosol (AOD por sus siglas en inglés), una medida de la cantidad de luz que absorben o reflejan las partículas de polvo, los aerosoles naturales o los contaminantes del aire. Según Kahn, un día despejado en la Tierra tiene un AOD de 0,1 a 0,2 en la luz visible media. Cuando el AOD es 1,0, la intensidad de la luz solar en la superficie se reduce en dos tercios. Un penacho de humo o polvo muy espeso puede tener un AOD de 7.0 o más, por lo que el día puede comenzar a sentirse como la noche cuando el cielo está lleno de partículas de grandes incendios forestales o tormentas de polvo.

Según Lemmon, cuando el rover Opportunity dejó de funcionar durante una tormenta de polvo global en 2018, el AOD en Marte estaba entre 9 y 11. También ocurrieron eventos globales de polvo similares en 2007 y 2001.

Las tormentas de polvo suelen crecer más en Marte en el verano del hemisferio sur (invierno del hemisferio norte). A diferencia de las estaciones en la Tierra (que son una función de la inclinación del eje), el Planeta Rojo está significativamente más cerca del Sol durante el verano en el hemisferio sur. Esto conduce a un mayor calentamiento de la superficie y a que se eleve más polvo a la atmósfera que en otras épocas del año.

Ahora que se acerca el verano austral, podríamos esperar más retrasos en los vuelos en los próximos meses en Marte.

Imágenes de NASA Earth Observatory por Lauren Dauphin, utilizando datos VIIRS de la NASA EOSDIS LANCE , GIBS/Worldview y el Sistema Conjunto de Satélites Polares (JPSS). Imágenes de Mars Reconnaissance Orbiter de NASA/JPL-Caltech/MSSS y animaciones del rover Perseverance Mars de NASA/JPL-Caltech/SSI. La fotografía del astronauta ISS040-E-90343 se adquirió el 8 de septiembre de 2014 con una cámara digital Nikon D3S que usa una lente de 80 milímetros y es proporcionada por la Instalación de Observaciones de la Tierra de la tripulación de la ISS y la Unidad de Ciencias de la Tierra y Teledetección del Centro Espacial Johnson. Texto de Michael Carlowicz , con informes de Katy Mersmann, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.

NASA Earth Observatory