Desde que los descubrieron en 2003 a través de imágenes de orbitadores, los científicos se han maravillado con las formas de araña que se extienden por el hemisferio sur de Marte. Nadie está completamente seguro de cómo se crean estas características geológicas. Cada formación ramificada puede extenderse más de media milla (1 kilómetro) de extremo a extremo e incluir cientos de "patas" delgadas. Llamado terreno araneiforme, estas características a menudo se encuentran en grupos, lo que le da a la superficie una apariencia arrugada.
La teoría principal es que las arañas son creadas por procesos que involucran hielo de dióxido de carbono, que no ocurre naturalmente en la Tierra. Gracias a los experimentos detallados en un nuevo artículo publicado en The Planetary Science Journal, los científicos han recreado, por primera vez, esos procesos de formación en temperaturas y presión atmosférica marcianas simuladas.
"Las arañas son extrañas y hermosas características geológicas por derecho propio", dijo Lauren Mc Keown, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California. "Estos experimentos ayudarán a ajustar nuestros modelos para ver cómo se forman".
El estudio confirma varios procesos de formación descritos por lo que se llama el modelo de Kieffer: la luz solar calienta el suelo cuando brilla a través de losas transparentes de hielo de dióxido de carbono que se acumulan en la superficie marciana cada invierno. Al ser más oscuro que el hielo sobre él, el suelo absorbe el calor y hace que el hielo más cercano a él se convierta directamente en gas de dióxido de carbono, sin convertirse primero en líquido, en un proceso llamado sublimación (el mismo proceso que envía nubes de "humo" desde el hielo seco). A medida que el gas aumenta en presión, el hielo marciano se agrieta, lo que permite que el gas escape. A medida que se filtra hacia arriba, el gas lleva consigo una corriente de polvo oscuro y arena del suelo que aterriza en la superficie del hielo.
Cuando el invierno se convierte en primavera y el hielo restante se sublima, según la teoría, las cicatrices en forma de araña de esas pequeñas erupciones son lo que queda atrás.
Recreando Marte en el laboratorio
Para Mc Keown y sus coautores, la parte más difícil de realizar estos experimentos fue recrear las condiciones encontradas en la superficie polar marciana: presión atmosférica extremadamente baja y temperaturas tan bajas como -301 grados Fahrenheit (-185 grados Celsius). Para ello, Mc Keown utilizó una cámara de pruebas refrigerada por nitrógeno líquido en el JPL, el Banco de Pruebas de Simulación de Bajo Vacío Sucio para Entornos Helados, o DUSTIE.
"Me encanta DUSTIE. Es histórico", dijo Mc Keown, señalando que la cámara del tamaño de un barril de vino se utilizó para probar un prototipo de una herramienta de raspado diseñada para el módulo de aterrizaje Mars Phoenix de la NASA. La herramienta se utilizó para romper el hielo de agua, que la nave espacial recogió y analizó cerca del polo norte del planeta.
Para este experimento, los investigadores enfriaron el simulante de suelo marciano en un recipiente sumergido dentro de un baño de nitrógeno líquido. Lo colocaron en la cámara DUSTIE, donde la presión del aire se redujo para que fuera similar a la del hemisferio sur de Marte. Luego, el gas de dióxido de carbono fluyó hacia la cámara y se condensó de gas a hielo en el transcurso de tres a cinco horas. Se necesitaron muchos intentos antes de que Mc Keown encontrara las condiciones adecuadas para que el hielo se volviera lo suficientemente grueso y translúcido como para que los experimentos funcionaran.
Una vez que obtuvieron hielo con las propiedades adecuadas, colocaron un calentador dentro de la cámara debajo del simulante para calentarlo y romper el hielo. Mc Keown estaba extasiada cuando finalmente vio una columna de gas de dióxido de carbono que brotaba del interior del simulante polvoriento.
"Era tarde un viernes por la noche y el gerente del laboratorio irrumpió después de escucharme gritar", dijo Mc Keown, quien había estado trabajando para hacer una columna como esta durante cinco años. "Pensó que había habido un accidente".
Los penachos oscuros abrieron agujeros en el simulante a medida que salían, arrojando simulante durante 10 minutos antes de que todo el gas presurizado fuera expulsado.
Los experimentos incluyeron una sorpresa que no se reflejó en el modelo de Kieffer: se formó hielo entre los granos del simulante y luego lo abrió. Este proceso alternativo podría explicar por qué las arañas tienen una apariencia más "agrietada". Que esto ocurra o no parece depender del tamaño de los granos del suelo y de lo incrustado que esté el hielo de agua bajo tierra.
"Es uno de esos detalles que muestran que la naturaleza es un poco más desordenada que la imagen de los libros de texto", dijo Serina Diniega del JPL, coautora del artículo.
¿Qué sigue para las pruebas de pluma?
Ahora que se han encontrado las condiciones para que se formen penachos, el siguiente paso es intentar los mismos experimentos con luz solar simulada desde arriba, en lugar de usar un calentador debajo. Eso podría ayudar a los científicos a reducir el rango de condiciones en las que podrían ocurrir las plumas y la eyección de suelo.
Todavía hay muchas preguntas sobre las arañas que no se pueden responder en un laboratorio. ¿Por qué se han formado en algunos lugares de Marte y no en otros? Dado que parecen ser el resultado de cambios estacionales que todavía están ocurriendo, ¿por qué no parecen estar creciendo en número o tamaño con el tiempo? Es posible que sean restos de hace mucho tiempo, cuando el clima era diferente en Marte, y por lo tanto podrían proporcionar una ventana única al pasado del planeta.
Por el momento, los experimentos de laboratorio serán lo más cerca posible de las arañas. Tanto el Curiosity como el Perseverance están explorando el Planeta Rojo lejos del hemisferio sur, que es donde aparecen estas formaciones (y donde nunca ha aterrizado ninguna nave espacial). La misión Fénix, que aterrizó en el hemisferio norte, duró solo unos meses antes de sucumbir al intenso frío polar y a la limitada luz solar.
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