Introducción
La posibilidad de una civilización
desarrollada de marcianos, con tecnología suficiente para
la construcción de un sistema de canales de irrigación
que permitieran el sustento de una agricultura, parece que solo
existió en la imaginación de Percival Lowell. El
americano que en 1908 trazó todo un diseño donde
aparecen los detalles sobre cómo los marcianos nos habían
superado en la técnica de controlar el cause de las aguas
seguramente fue influenciado por las observaciones de estructuras
alargadas sobre la superficie de Marte realizadas por el astrónomo
italiano Schiaparelli en 1877.
Efectivamente, la superficie de Marte presenta
formaciones alargadas y patrones parecidos a arroyos secos por
donde posiblemente fluyó agua cuando el planeta era joven.
Que en Marte no hay vida ni mucho menos ingenieros civiles quedó
firmemente establecido con los viajes a Marte realizados por las
naves espaciales Vikingo en los años 70. La posibilidad
de que haya existido alguna forma de vida en Marte, sin embargo,
ganó peso con la observación de micro estructuras
de origen biológico fosilizadas en un meteorito de origen
marciano.
El planeta rojo
Marte es una planeta muy parecido a la Tierra.
El período de rotación sobre su eje (24.623 horas),
la excentricidad (0.0934) e inclinación (1.85°) de
su órbita, su radio (3.397 km) y el período de translación
en torno al Sol (686.98 días) son comparables a los de
la Tierra. La densidad promedio es una fracción de 0.713
veces la de la Tierra, indicando la presencia de un núcleo
pequeño en su centro. La distancia entre Marte y la Tierra
puede ser entre 90 y 357 millones de kilómetros dependiendo
de la fecha exacta, es decir que las comunicaciones con Marte
tienen un retraso de 5.5 a 20 minutos. Por su distancia al Sol
(227.9 millones de kilómetros, semi-eje mayor) la atmósfera
y el clima en la superficie de Marte es muy distinto que el nuestro.
La diferencia de temperaturas entre el día y la noche marcianas
es de 95 grados Celsius y en el invierno la temperatura alcanza
125 grados Celcius bajo cero. En la Tierra la atmósfera
es una gran masa que puede absorber y emitir calor (eg. efecto
invernadero) generando inercia a los cambios de temperatura. En
Marte la atmósfera, compuesta primordialmente de CO2
o hielo seco (95.3%), nitrógeno (2.7%), argón (1.6%),
es muy tenue y no puede proteger al planeta de cambios extremos
en temperatura. La composición química de la atmósfera
también determina el color del cielo visto desde el planeta.
En la Tierra, por ejemplo el cielo es azul por que las moléculas
en la atmósfera dispersan con mayor eficiencia las ondas
con longitud de onda pequeña como el color azul y el violeta
(dispersión de Rayleigh). Los otros colores de la luz solar
pasan derecho por la atmósfera con muy poca dispersión.
En Marte no solo hay CO2 en la atmósfera sino
también partículas de polvo suspendidas en la atmósfera
las cuales hacen que el color del cielo visto desde Marte se naranja
(figura 1).
Por su parecido con la Tierra el estudio de
Marte es importante para entender mejor nuestro planeta, especialmente
su origen y formación. Es esencial recoger datos sobre
la historia y constitución de Marte para resolver la inmensa
cantidad de preguntas que aún quedan por resolver sobre
el origen del sistema solar y el origen de la vida. Motivados
por estas preguntas fundamentales las agencias espaciales han
elaborado un ambicioso plan en el cual se tiene previsto una flotilla
de naves espaciales que visitarán al planeta rojo una vez
al año en promedio hasta el año 2005 cuando se lanzará
al espacio un robot que traerá muestras del planeta de
regreso a la Tierra. Uno de estos proyectos, el 'Mars Pathfinder'
liderado por Matthew Golombek de la NASA ya está enviando
una lluvia de datos e imágenes suficientes para mantener
ocupados a los científicos planetarios por muchos años.
Otro proyecto actual es el Topógrafo Global de Marte, un
orbitador que entrará en órbita de Marte el 12 de
septiembre.
Formación del sistema solar
Con las observaciones realizadas hasta el
momento y los hechos conocidos sobre el sistema solar, la teoría
más favorecida indica que el Sol y los planetas se formaron
a partir de una nube de gas primordial (hidrógeno y algo
de helio) hace 4.500 millones de años. Tanto el Sol como
los planetas gigantes (Júpiter, Saturno, etc) se originaron
de ese gas primordial por la acción de la gravedad que
tiende a acumular grandes cantidades de masa en centros bien definidos.
Uno de estos centros resultó ser el Sol, otro Júpiter,
etc. con la diferencia de que la cantidad de masa que pudo acumular
el Sol fue lo suficientemente grande para alcanzar la densidad
y temperatura que comienzan el proceso de fusión nuclear.
Los planetas sólidos como la Tierra y Marte se formaron
por la acumulación de planetesimales que a su vez se formaron
por agregación de partículas. Más adelante,
la radioactividad en el interior de los planetas recién
formados hizo que estos se calentaran y así comenzó
la actividad volcánica. Durante los 4.000 millones o más
años de su historia, los planetas han recibido lluvias
de meteoritos que al hacer impacto dejan cráteres característicos.
En la superficie de la Tierra, la acción erosiva de la
atmósfera se encarga de borrar las huellas de los impactos.
En la Luna y en Marte por el contrario, los cráteres permanecen
marcados en la superficie y un estudio sistemático de sus
formas y tamaños permite obtener información sobre
la historia del planeta que los alberga.
¿Vida en Marte?
Hace 3.500 millones de años las condiciones
tanto en Marte como en la Tierra eran muy diferentes. La evidencia
indica que Marte era un planeta más caliente y tenía
abundante cantidad de agua líquida, lo cual es favorable
para albergar alguna forma de vida. Por lo menos en la Tierra
sabemos con certeza que hace 3.500 millones de años ya
existía vida en formaciones de algas parecidas a las actuales.
Un grupo de científicos liderados por David McKay de la
NASA han observado residuos de actividad orgánica en un
meteorito proveniente de Marte. El ALH84001 es un trozo de roca
marciana de 1.9 kilogramos que se desprendió de Marte hace
16 millones de años por la acción de un violento
impacto y aterrizó en el hielo de la Antártida hace
13.000 años. McKay encontró una abundancia relativa
de compuestos de hidrocarburos aromáticos policíclicos
acompañados de glóbulos de carbonatos que pueden
ser la huella dejada por organismos que vivieron en el meteorito
en épocas pasadas. De confirmarse este importante hallazgo
ganaría fuerza la hipótesis que sugiere que la vida
en la Tierra llegó desde fuera a bordo de un meteorito
por ejemplo, y aumentaría la probabilidad del surgimiento
de vida en muchos otros planetas.
Se sospecha que los valles secos que en algún
tiempo fueron el fondo de un lago son sitios ricos en fósiles,
si es que existió vida en algún momento en Marte.
Inclusive es probable encontrar agua líquida debajo de
varias capas de hielo como se ha visto por ejemplo en el fondo
de valles secos en la Antártida. La vida microscópica
en ésta agua se ha preservado por muchos años. Este
tipo de exploración es el objetivo de misiones espaciales
futuras, por ahora, la NASA está trabajando en la preparación
de estos proyectos y el Pathfinder es un ejercicio donde se prueban
las tecnologías nuevas que van a ser usadas en futuras
visitas planetarias.
La sonda espacial Pathfinder
El pasado 4 de julio a la 10:07 de la tarde
(hora local en California) la sonda Pathfinder llegó a
la superficie marciana en la zona de Ares Vallis después
de viajar por 6 meses en la órbita que fue precisamente
calculada por los científicos del Jet Propulsion Laboratory
(JPL) de la NASA en Pasadena (California). Es el primer contacto
con Marte después de 21 años que pasaron desde las
visitas de las naves espaciales Vikingo 1 y 2. El Pathfinder
está compuesto por la estación de control Carl Sagan
y por un pequeño vehículo todoterreno comandado
desde Tierra. Al vehículo todoterreno se le dio el nombre
de Sojourner en honor a Sojourner Truth una mujer afroamericana
que luchó por los derechos civiles de su gente y de la
mujer.
El Pathfinder entró a la órbita
marciana a una velocidad de 26.000 Km/h, y desaceleró usando
una combinación de frenos, paracaídas y retrocohetes.
Descendió a través de la tenue atmósfera
marciana, golpeó el suelo a una velocidad de 72 Km/h con
la ayuda de bolsas infladas y rebotó 16 veces hasta detenerse.
Inmediatamente el Pathfinder desplegó sus equipos, se le
dio la orden al Sojourner de comenzar la exploración y
en pocas horas los científicos en este planeta estabamos
admirando las primeras imágenes de este espectáculo
planetario sin precedentes.
El esfuerzo requerido para colocar un instrumento
en la superficie marciana es colosal. Los cálculos de las
órbitas planetarias, las complicaciones técnicas
de lanzar un cohete de 712 kilogramos, la transmisión de
comandos a la nave espacial a más de 200 millones de kilómetros
de distancia, la respuesta de los computadores e instrumentos
a bordo del robot, y cientos o miles de detalles más hacen
de estos proyectos grandes retos y grandes logros para toda la
humanidad. Basta con un error en un solo byte de los varios millones
de bytes en un programa de computador o que un pequeño
tornillo no quede bien ajustado para arruinar completamente la
misión. Es maravilloso ver las imágenes de Marte
y los resultados científicos después de tantos detalles
que pueden fallar. Este tipo de proyectos es de alto riesgo y
no siempre las cosas salen como se han planeado. La misión
espacial rusa 'Mars 96' por ejemplo se perdió al momento
de ser lanzada al espacio el 17 de noviembre de 1996 y la nave
'Mars Observer' perdió contacto con Tierra momentos antes
de llegar a Marte en agosto de 1993.
Instrumentos a bordo del Pathfinder
El Pathfinder cuenta con tres instrumentos
para investigar la superficie del planeta: la estereocámara
IMP con filtros espectrales (Imager for the Mars Pathfinder),
el espectrómetro APXS de partículas alfa, protones
y rayos x (Alpha Proton X-ray spectrometer) y el paquete de instrumentación
ASI/MET para estudiar la meteorología y la estructura atmosfÈrica
(Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package). Los datos
generados por estos instrumentos permitirán hacer un estudio
detallado de las condiciones planetarias, la química de
la superficie, la petrología de los suelos y rocas, las
propiedades magnÈticas y mecánicas del suelo y el
polvo, y una variedad de investigaciones sobre la atmósfera
y la dinámica de la órbita de Marte.
El instrumento IMP consiste de una cámara
CCD con dos canales y un sistema de filtros que se pueden cambiar
mecánicamente. La cámara está montada en un mástil
de 1 m de altura en la estación Sagan. Como parte de este
módulo tambiÈn se ha incluido un experimento de propiedades
magnÈticas consistente en imanes permanentes instalados
en la base. Se planea monitorear la cantidad de material ferromagnético
acumulado en estos imanes a lo largo de la misión.
La composición química de los
minerales en la superficie se obtiene bombardeándolos con
una fuente alfa radiactiva y observando las partículas
alfa dispersadas, y los protones y rayos X producidos durante
la irradiación. El proceso analítico se basa en
tres tipos de reacciones: dispersión elástica de partículas
alfa por núcleos, reacciones nucleares alfa-protón
en elementos livianos y excitaciones atómicas producidas
por las partículas alfa con la subsiguiente emisión
de rayos X. El espectro de energías de los productos de
estas reacciones depende de la constitución química
del material bajo estudio y por lo tanto su medición puede
ser usada para inferir la abundancia relativa de elementos. Esta
es la tarea del instrumento APX que viene montado en una cabeza
robótica en la parte externa de la base del Sojourner lo
cual le permite acomodarse de frente a la muestra.
El equipo ASI/MET adquiere información
atmosfÈrica durante el descenso de la sonda y durante el
resto de la misión. La instrumentación consiste de
sensores de presión, viento y temperatura. La dirección
y velocidad del viento se obtienen mediante la medición
de la temperatura de dispositivos compuestos de seis alambres
calientes distribuidos uniformemente en la parte más alta
del mástil.
Resultados científicos del Pathfinder.
Los minerales encontrados en la superficie
de Marte tienen mucho en común con los de la Tierra. Los
espectros de la luz reflejada (figura 2) tomados por el IMP revelan
la existencia de minerales con hierro encontrados en rocas ígneas
de color rojo opaco, mientras que las zonas con polvo (rojo brillante)
muestran regiones afectadas por la erosión. El doblez en
la forma del espectro está relacionado con la abundancia
y el tamaño de partículas de hierro en granos de
la corteza.
Se encuentran dos grandes clases de minerales
con hierro: aquellos que ocurren en rocas ígneas como el
piroxano que presentan un espectro plano y refleja una pequeña
fracción de luz. En el segundo grupo se encuentran los
materiales férricos que ocurren como productos de la erosión
y del desgaste de las rocas a la interperie. Estos materiales
tienden a reflejar las longitudes de onda larga y absorber las
longitudes de onda corta, por eso el color rojo brillante.
Los científicos del JPL usaron las
imágenes recogidas por las cámaras IMP para hacer
un inventario de las rocas y los suelos que son interesantes para
analizar. En este proceso se identificaron unas cuantas rocas
como candidatas para ser exploradas por los espectrómetros
del APXS y se les dio nombres algo banales como Yogi, Barnacle
Bill, Cradle, etc. (figura 3).
Dos de estas rocas (Yogi y Barnacle Bill)
ya han sido estudiadas en detalle. Yogi contiene un recubrimiento
expuesto a la intemperie y las más pequeñas como
Barnacle Bill y Cradle son muestras típicas de rocas poco
afectadas por la intemperie. Durante el camino hacia Yogi el Sojourner
escarbó el terreno a su paso dejando huellas de varios
centímetros de profundidad. En una de sus vueltas la ruedas
del vehículo dejaron al descubierto un material blanco
cuyo espectro es similar al de otras rocas y se encuentra abundantemente
en el sitio de exploración.
El análisis de abundancias químicas
relativas (Mg/Si y Al/Si) realizados por el APXS revelan que
la composición de las rocas en Marte es más parecida
de lo que se esperaba a la de rocas en la Tierra. Yogi tiene una
composición representativa así: O (44.6%), Si (23.8%),
Fe (10.7%), Al (6.0%), Ca (4.2%), Mg (3.8), Na (1.9%), S (1.7%),
K (0.9%), P (0.9%), Cl (0.6%), Ti (0.5%) y Mn (0.4%). Las fracciones
son porcentajes de peso.
Siguiendo la metodología de clasificación
de rocas volcánicas con base en su contenido de alcalinos
(Na2O and K2O) y sílice (SiO2)
no se puede ignorar completamente la posibilidad de que Yogi y
Barnacle Bill sean el resultado de un impacto. Si por el contrario
éstas son de origen volcánico entonces Yogi es un
basalto y Barnacle Bill es una andesita. El nombre andesita se
deriva de Los Andes donde este tipo de lava es común. Los
basaltos son las rocas más comunes en nuestro sistema solar,
recubriendo la mayor parte de Mercurio, Venus, la Luna, la Tierra
y Marte.
El APXS también se usó para
analizar muestras del suelo marciano. Resultados preliminares
(figura 4) indican una homogeneidad en la composición química
del suelo muy probablemente promovida por la actividad de los
vientos durante millones de años. Se llegó a este
resultado combinando los datos del Vikingo que hizo mediciones
a 1.000 km de distancia del sitio donde está el Pathfinder.
El polvo marciano es de menor de 50 micras de diámetro,
más fino que partículas de talcos. Las tormentas
de polvo son fuertes y de antemano se sabía que estas condiciones
se podrían presentar. El Hubble hizo una observación
de Ares Vallis antes de la llegada del Pathfinder y pudo captar
tormentas. Observaciones realizadas durante el período
mayo 18 - julio 11 muestran que la cantidad de polvo se triplicó.
Este es apenas el comienzo. Una nueva era
de exploración planetaria se inaugura. La importancia de
estos eventos planetarios no solamente está en la riqueza
científica y el avance de nuestro conocimiento sobre el
cosmos. También está en el interés que despierta
en la gente y en los jóvenes. Carl Sagan, uno de los científicos
que más han contribuido a la exploración planetaria,
también tenía muy clara la necesidad de divulgar
el conocimiento científico y mostrar la tremenda satisfacción
que se experimenta cuando entendemos con el uso de la razón
cómo son las cosas y porqué ocurren. Si las imágenes
de Marte obtenidas por el Pathfinder o las señales del
espacio profundo recogidas por el telescopio Hubble logran motivar
a unos cuantos jóvenes, estas misiones seguramente se pueden
calificar como exitosas. Sobre todo en nuestras sociedades, donde
abundan las supersticiones, los fanatismos y el comportamiento
irracional.
Figuras.
Fig. 1. Foto NASA. Atardecer en Marte observado
por las cámaras del Pathfinder. La hora indicada es relativa
al comienzo del atardecer.
Fig. 2. Foto NASA. El espectro de la luz reflejada
es usado aquí para hallar las propiedades de los materiales
en la superficie de Marte. Las regiones planas del suelo ('drift')
indicada con el número 1 son las más brillantes.
Las otras regiones exploradas son el suelo oscuro en la zona Cradle
(2), la roca Cradle y el suelo rojo oscuro en la zona Lamb. El
brillo reflejado se da relativo a la zona más brillante
(1).
Fig. 3: Foto NASA. Esta imagen muestra al
Sojourner dispuesto a hacer mediciones de la roca Yogi, señalada
en la gráfica por la flecha roja. Las otras dos rocas señaladas
en azul son Barnacle Bill y Cradle. Se alcanza a apreciar las
huellas dejadas por el Sojourner y en detalle realzado el material
blanco que salió a la superficie cuando las ruedas del
Sojourner escarbaron el suelo.
Fig. 4. Resultados del análisis de
composición del suelo (rotulados A-4, A-5, A-2) comparados
a los promedios de suelos analizados por el Vikingo en
1976. Las fracciones se dan relativas al elemento silicio que
es el más abundante.
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