Diferencias polvorientas entre Marte y la Tierra

Los pronosticadores del tiempo lo vieron venir unos días antes: los vientos aumentaron, el polvo se levantó a través del paisaje y la visibilidad se fue reduciendo. Los vuelos tendrían que ser cancelados... Otro vuelo retrasado en un año lleno de retrasos.

Excepto que, esta vez, la interrupción ocurrió en Marte. Este retraso afectó el vuelo del helicóptero Ingenuity de la NASA, que en enero de 2022 se convirtió en la primera aeronave que debió permanecer en tierra por una tormenta de polvo en otro planeta (imagen de arriba).

Tanto Marte como la Tierra son azotados regularmente por tormentas de polvo de diversos tamaños. Y aunque existen algunas similitudes entre los eventos —que ahora incluye la cancelación de vuelos— también hay algunas diferencias clave.

En la Tierra, un tercio de la superficie de los suelos está cubierta de arena y polvo, mientras que el resto se encuentra fijo por la vida vegetal, el hielo, el agua y los asentamientos humanos. Las tormentas de polvo más grandes surgen de vastos desiertos como el Sahara (se muestra abajo), el Gobi y la península arábiga. También se pueden levantar en el desierto interior de Australia, la Patagonia, el suroeste de Estados Unidos y México, o en regiones que experimentan sequías severas. Según 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 1.000 y 3.000 millones de toneladas de polvo se elevan por el aire y se depositan en la Tierra cada año (un volumen que equivale a entre 10.000 y 30.000 portaaviones completamente cargados).

En Marte, los torbellinos y las tormentas de polvo pueden surgir casi en cualquier lugar porque el planeta es seco y polvoriento casi en todos los lugares que hemos podido observar. Miles de millones de años de erosión —probablemente a causa de aguas que existieron en la antigüedad y más recientemente por las perpetuas ráfagas 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 hace la espuma de embalaje en la Tierra.

Tanto en nuestro planeta como en Marte, las tormentas de polvo pueden degradar seriamente la calidad del aire a la vez que obstruyen motores y engranajes. En la Tierra, los vuelos pueden cancelarse por el polvo en el aire, ya que este puede dañar los motores a reacción y socavar los parabrisas, al tiempo que reduce la visibilidad para los pilotos. En Marte, una gran tormenta de polvo en junio de 2018 puso fin a la misión de 15 años del rover Opportunity de la NASA. Hubo tanto polvo en el aire durante tanto tiempo que los paneles solares del vehículo explorador no pudieron recoger suficiente luz solar para recargar sus baterías.

El polvo terrestre es típicamente captado por los frentes meteorológicos y las tormentas, en donde las diferencias en la temperatura, la presión atmosférica y el contenido de la humedad aceleran el flujo del aire a lo largo del paisaje. Fuertes vientos se desplazan a través de los suelos secos y levantan granos sueltos de polvo mineral, a veces elevándolos cientos de miles de metros en la atmósfera y transportándolos a decenas de miles de kilómetros en dirección 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 hasta esa altura, la gravedad y la precipitación lo llevan de vuelta 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, quien estudió las atmósferas planetarias antes de enfocarse en la Tierra, explicó que sin esta barrera parecida a una tapa (creada por el ozono estratosférico sobre la Tierra) y sin precipitaciones para hacerlo caer, el polvo marciano puede elevarse más alto en la atmósfera.

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

Aunque probablemente no sean tan potentes como los vientos más tormentosos de la Tierra, los vientos en Marte son lo suficientemente fuertes como para hacer girar todo, desde torbellinos de polvo (como se muestra en las animaciones de abajo) hasta las enormes columnas que bloquean la luz solar. Contrariamente a lo que muestran 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 ligera —alrededor del 1 por ciento de la densidad (presión) de la atmósfera de la Tierra en la superficie—, por lo que vientos similares en el planeta rojo no ejercen tanta fuerza.

“El polvo es la clave del clima marciano”, dijo Mark Lemmon, científico planetario del Instituto de Ciencias Espaciales, quien estudia los aerosoles y ha estado involucrado en el programa de Marte de la NASA desde los días del Pathfinder. “Las condiciones atmosféricas mueven el polvo, pero después este sostiene esas condiciones. El polvo almacena y mueve energía alrededor de Marte, de la misma manera en que el agua puede mover energía en la Tierra”.

Una vez que se eleva, el polvo de Marte tiende a permanecer en el aire por mucho tiempo, a veces durante semanas o meses. La gravedad es más débil —cerca de un tercio de lo que es en la Tierra— y la atmósfera menos densa se traduce en una menor resistencia. Y una vez que se inicia, 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 a su alrededor. Esto acentúa las diferencias del calentamiento entre la superficie y el aire y entre una parte de la superficie y otra, y estos dos factores pueden ocasionar más flujos de aire verticales y horizontales.

“Los impactos son acumulativos y dramáticos”, dijo Lemmon, “por lo que una gran cantidad de polvo se acumula en el cielo”. La imagen del Orbitador de Reconocimiento de Marte que aparece arriba muestra una gruesa columna de polvo sobre Utopia Planitia en noviembre de 2007.

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 desarrollarse por sí solas hasta que envuelven todo el planeta. (El evento global de polvo de 2018 se muestra abajo). Estas tormentas masivas a escala planetaria parecen ocurrir aproximadamente cada tres a cuatro años marcianos (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 mediante la profundidad óptica de los aerosoles (AOD, por sus siglas en inglés), una medida de la cantidad de luz que es absorbida o reflejada por partículas de polvo, aerosoles naturales o contaminantes en el aire. Según Kahn, un día despejado en la Tierra tiene un AOD de 0,1 a 0,2 en luz media visible. Cuando el AOD es de 1,0, la intensidad de la luz solar en la superficie se reduce en dos tercios. Un humo muy espeso o una columna de polvo podrían 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 en todo el planeta en 2018, el AOD de Marte estaba entre 9 y 11. En 2007 y 2001 también se produjeron acontecimientos globales similares relacionados con el polvo.

Las tormentas de polvo típicamente son más grandes en Marte en el verano del hemisferio sur (invierno del hemisferio norte). Mientras que las estaciones en la Tierra son enteramente en función de la inclinación del eje de nuestro planeta, Marte (que también se inclina sobre un eje) está significativamente más cerca del Sol durante su verano del hemisferio sur. Esto conduce a un mayor calentamiento de la superficie y a que se introduzca más polvo en la atmósfera que en otras épocas del año.

Con la llegada del verano austral en Marte, podríamos esperar más retrasos en los vuelos en los próximos meses.

Imagen del Observatorio de la Tierra de la NASA por Lauren Dauphin, utilizando datos de VIIRS obtenidos por el sistema EOSDIS/LANCE de la NASA, GIBS/Worldview y el Sistema Conjunto de Satélites Polares (JPSS, por sus siglas en inglés). Imágenes del Orbitador de Reconocimiento de Marte por NASA/JPL-Caltech/MSSS y animaciones del rover Perseverance en Marte por NASA/JPL-Caltech/SSI. La fotografía de astronautas ISS040-E-90343 fue adquirida el 8 de septiembre de 2014, con una cámara digital Nikon D3S utilizando una lente de 80 milímetros, y es proporcionada por el Centro de Observaciones de la Tierra de la Tripulación de la EEI y la Unidad de Ciencias de la Tierra y Teledetección del Centro Espacial Johnson. Reportaje por Michael Carlowicz, con reportaje de Katy Mersmann, del Centro Espacial de Vuelo Goddard de la NASA.

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