Al atardecer del 21 de enero de 2024, una sonda europea capturó el borde curvo de Marte contra el espacio vacío, brillando con docenas de finísimas capas. Las imágenes resuelven la atmósfera a 18 metros por píxel, según un nuevo estudio. La sonda ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) de la ESA voló a unos 400 kilómetros sobre Terra Cimmeria, en las tierras altas del sur, y observó hacia atrás a través del crepúsculo.
Su sistema de imagen estéreo y de color, o CaSSIS, observó la atmósfera marciana desde la sombra del planeta, donde las capas retroiluminadas se destacan con nitidez.
Atardecer en Marte
Cinco secciones estrechas y verticales, cada una de aproximadamente 3,5 kilómetros de ancho, capturaron la estructura en capas de la atmósfera al crepúsculo. Las capas se repiten entre los 14 y los 56 kilómetros de altitud, mostrando cambios en el brillo y sutiles variaciones en el color.
El trabajo fue liderado por Nicolas Thomas, investigador principal de CaSSIS, de la Universidad de Berna. Su investigación se centra en la obtención de imágenes planetarias de alta precisión y en la física de los atardeceres polvorientos en Marte.
La cámara distingue estructuras de menos de un kilómetro y registra variaciones de color de alrededor del 20% dentro de las láminas individuales de bruma. También mide el I/F, un brillo escalado por la luz solar incidente, que se acerca a uno en esta geometría.
Geometría del atardecer marciano
El crepúsculo sitúa el polvo entre el Sol y la cámara en una configuración de dispersión directa –la luz se desvía principalmente en su dirección original– que amplifica el brillo. Esta característica favorece las longitudes de onda azules, que se concentran más cerca del Sol en comparación con los rojos, que se dispersan más ampliamente por el cielo.
“Cuando la luz azul se dispersa en el polvo, permanece más cerca de la dirección del Sol”, explicó Mark Lemmon, científico de Curiosity. Un recurso de la NASA explica por qué ocurre esto y documenta las vistas de atardeceres azules en Marte obtenidas por los rovers.
Capas, colores y tamaños de partículas
Las proporciones de color tienden hacia el azul con la altura, lo que sugiere que los aerosoles, partículas diminutas suspendidas como polvo o hielo, se reducen a medida que aumenta la altitud. Por encima de los 43 kilómetros, algunas capas se enrojecen nuevamente, lo que indica cambios en la composición y el tamaño en la atmósfera superior.
El equipo también detectó capas delicadas en la mesosfera, la capa media fría de una atmósfera, que se encuentra entre los 46 y los 56 kilómetros. Estas láminas separadas se sitúan sobre un abultamiento de brillo a unos 40 kilómetros, una característica que los modelos deberán explicar cuidadosamente. Por debajo de esta altura, las capas probablemente contienen polvo levantado de la superficie, mientras que las capas superiores pueden incluir diminutas partículas de hielo de agua.
Los cambios de color se correlacionan con el radio de las partículas, el tamaño promedio de los granos, que disminuye constantemente con la altura en la mayoría de los perfiles.
Cómo CaSSIS obtuvo estas imágenes
Para realizar estos escaneos, CaSSIS rotó su detector para barrer el limbo mientras la nave espacial se desplazaba a unos 3,2 kilómetros por segundo. La geometría se situó cerca de un ángulo de fase, el ángulo entre el Sol, el objeto y el observador espacial, de aproximadamente 174 grados, que es ideal para una dispersión directa brillante.
Se recopilaron cinco conjuntos de datos bien expuestos cada 200 kilómetros a lo largo de la trayectoria terrestre durante una ventana de cuatro minutos sobre el sur de Terra Cimmeria. Cada imagen abarcó unos 3,5 kilómetros a través del limbo, lo que permitió un muestreo casi continuo de las capas apiladas.
CaSSIS ofrece imágenes de color específicas con un detalle de aproximadamente 4,5 metros por píxel para la ciencia de la superficie. Para la secuencia del limbo, el equipo aumentó la sensibilidad y el tiempo para rastrear finas láminas atmosféricas en lugar de texturas del suelo.
Pista sobre el clima de Marte
Perfiles anteriores de Mars Climate Sounder muestran alturas estacionales del polvo y comunes casquetes polares sobre la bruma, en un informe complementario. Las nuevas instantáneas de capas proporcionan a los modeladores un objetivo más preciso sobre cómo se apilan las partículas durante los períodos de calma y durante las semanas tormentosas.
La atmósfera de Marte no es fija, ya que el levantamiento de polvo cambia con la estación y con la intensidad de la luz solar. Esa variabilidad hace que la estratificación vertical sea más que una simple imagen bonita, ya que ancla los modelos climáticos a alturas y colores reales.
Los exploradores robóticos dependen de la luz y la temperatura, por lo que conocer cómo se apilan el polvo y el hielo al atardecer aclara la planificación operativa. Estas instantáneas también ayudan a conectar las mediciones desde la órbita con las observaciones del cielo recopiladas por los módulos de aterrizaje y los rovers en el suelo.
Planes futuros para Marte
ESA planea repetir estas observaciones del limbo aproximadamente una vez al mes para construir una línea de base de datos crepusculares a largo plazo. Un atlas estacional de capas podría probar si el patrón actual se mantiene o se distorsiona bajo el estrés de las tormentas regionales.
Los científicos preguntarán por qué algunas capas se enrojecen en lo alto, si los cambios en la composición explican el cambio y cómo evolucionan los tamaños de las partículas con la latitud. Realizarán un seguimiento de la textura desde el ecuador hasta el polo para ver cuándo las capas se engrosan, se adelgazan o se separan en láminas separadas.
Por ahora, la conclusión es simple, porque Marte esconde más que un cielo rojo al atardecer y revela un clima preciso y estratificado. Con vistas mensuales y un modelado cuidadoso, esas capas se convertirán en mediciones que determinarán el tamaño, la textura y el movimiento de las partículas en el aire vespertino.
El estudio completo se publica en Science Advances.
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