A 'bombazos': así fue como el Sol le arrancó a Marte su atmósfera y su agua

En el complejo rompecabezas del pasado de Marte, hay una pieza que los geólogos planetarios llevan décadas tratando de encajar en su sitio. Y es que, en los albores de su existencia, el planeta rojo, hoy árido y seco, pudo haber sido un mundo bullicioso y acuático, con ríos caudalosos que alimentaban lagos tan grandes como mares. Enormes extensiones de agua que albergaron, quizá, la promesa de vida.

Hoy, sin embargo, el mundo vecino no es más que un desolado y reseco desierto helado, donde el agua, en forma de hielo, escasea y no es más que el fantasma de un pasado que fue húmedo. ¿A dónde fue todo el agua de Marte y por qué? Esta es la pregunta, la pieza perdida del rompecabezas que lleva tanto tiempo atormentando a los científicos.

Ahora, y tras más de una década de meticulosa observación y análisis, la misión MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) de la NASA, que orbita Marte desde noviembre de 2013, acaba de revelar un esquivo mecanismo que podría ser la pieza que faltaba. Un proceso de 'escape atmosférico' llamado 'sputtering (pulverización catódica) y que podría ser la clave para comprender cómo Marte llegó a perder la inmensa mayor parte de su agua. El hallazgo se acaba de publicar en 'Science Advances'.

La superficie marciana no engaña: está surcada por cicatrices inconfundibles de un pasado mucho más húmedo. Valles que una vez fueron ríos, lechos de lagos secos y minerales que solo se forman en presencia de agua son testimonios directos de un tiempo en el que el agua líquida fluía libremente por todo el planeta.

Y sabemos que, para conservar toda esa agua líquida, Marte tuvo que contar, en el pasado, con una atmósfera mucho más densa de la que tiene hoy, una como la de la Tierra, capaz de atrapar el calor y mantener una presión superficial elevada. Comprender cuándo y cómo se desvaneció esa atmósfera es fundamental para reconstruir la evolución climática del planeta rojo y determinar, de paso, durante cuánto tiempo pudo haber permanecido habitable.

Durante los últimos años, los científicos han ido acumulado cada vez más pruebas de que el viento solar, el flujo constante de partículas cargadas emitidas por el Sol, podría ser el responsable de la pérdida de gran parte de la atmósfera marciana. En abril de 2022, sin ir más lejos, la comunidad internacional de astrónomos fue testigo directo de cómo una poderosa erupción solar 'pasó por encima' de Mercurio, arrancándole de un solo golpe parte de su atmósfera. Fue un episodio violento y puntual, diferente y mucho más poderoso que el viento solar, que es un flujo continuo que nunca cesa, pero el evento dejó muy clara la capacidad de nuestra estrella para 'desnudar' a sus planetas.

El 'sputtering' o pulverización catódica detectado por la misión MAVEN es un proceso de escape en el que los átomos son eliminados de la atmósfera por partículas de carga energética. «Es como lanzarse 'a bomba' en una piscina -explica Shannon Curry, investigadora principal de MAVEN en el Laboratorio de Física Atmosférica y Espacial de la Universidad de Colorado Boulder y autora principal del estudio-. Pero la 'bomba', en este caso, son los iones pesados que se estrellan contra la atmósfera muy rápido y salpican átomos y moléculas neutras». Se trata, por lo tanto, de un constante 'bombardeo' de diminutos cañonazos que, igual que sucede con el agua en la piscina, 'salpica' átomos y moléculas de la atmósfera superior de Marte, los libera de la atracción gravitatoria del planeta y los lanza al espacio.

Aunque los científicos ya habían encontrado antes pistas indirectas de esta 'pulverización catódica', nunca hasta ahora la habían observado directamente. La evidencia anterior, de hecho, provenía del análisis de isótopos de argón en la atmósfera superior de Marte. Los isótopos más ligeros se asientan más arriba en la atmósfera que sus contrapartes más pesadas. Se descubrió que había muchos menos isótopos ligeros que isótopos pesados de argón en la atmósfera marciana, y resulta que estos isótopos más ligeros solo pueden ser eliminados por el sputtering. «Fue como si hubiéramos encontrado las cenizas de una fogata -explica Shannon Curry-. Pero queríamos ver el fuego real, en este caso, el sputtering, directamente».

Para presenciar el sputtering en acción, el equipo de MAVEN necesitaba mediciones simultáneas en el lugar y momento adecuados de tres instrumentos a bordo de la nave espacial: el Analizador de Iones del Viento Solar, el Magnetómetro y el Espectrómetro de Masa de Gas Neutro e Iones. Además, los investigadores necesitaron también mediciones tanto en el lado diurno como en el nocturno del planeta a bajas altitudes, lo cual llevó años de observación.

Finalmente, la combinación de datos de estos instrumentos permitió a los autores del estudio crear un nuevo tipo de mapa del argón pulverizado en relación con el viento solar. Mapa que reveló la presencia de argón a grandes altitudes en las ubicaciones exactas donde las partículas energéticas chocan contra la atmósfera y 'salpican' argón, mostrando el sputtering en tiempo real. Los investigadores también descubrieron que el proceso es cuatro veces más abundante de lo que se había predicho anteriormente, y que esta tasa aumenta durante las tormentas solares.

La observación directa de la pulverización catódica en la atmósfera marciana confirma que este proceso, como se sospechaba, fue una fuente principal de pérdida atmosférica en la historia temprana de Marte, cuando la actividad del Sol era mucho más intensa. Es importante recordar que en sus inicios, el joven Sol era más activo y emitía flujos de viento solar más fuertes y frecuentes que en la actualidad, lo que habría amplificado el efecto del sputtering.

«Estos resultados -afirma Curry- establecen el papel del sputtering en la pérdida de la atmósfera de Marte y en la determinación de la historia del agua en Marte». El hallazgo ayudará a los científicos a entender, por fin, las condiciones que permitieron la existencia de agua líquida en la superficie marciana y las implicaciones que esto tuvo para la habitabilidad del planeta hace miles de millones de años. Si Marte alguna vez albergó vida, en efecto, es probable que ésta se desarrollara cuando el planeta era más cálido y húmedo. El sputtering nos ofrece una ventana al pasado de Marte, y nos permite comprender mejor durante cuánto tiempo el planeta rojo pudo haber sido un ambiente propicio para la vida.

Además, el presente estudio puede tener implicaciones, también, a la hora de determinar la habitabilidad de otros exoplanetas. Si un exoplaneta tiene una atmósfera y está expuesto a un viento estelar fuerte, el sputtering podría ser un mecanismo importante de pérdida atmosférica que afecte su potencial para albergar vida.