La región de Tharsis es una enorme altiplanicie situada en la zona ecuatorial de Marte donde se levantan grandes volcanes, incluyendo el Olympus Mons o monte Olimpo, el más grande del sistema solar. Ahora, por primera vez, se ha observado escarcha de agua en las cumbres de estos antiguos y colosales edificios volcánicos.

El descubrimiento, publicado este lunes en la revista Nature Geoscience, lo ha realizado un equipo internacional de investigadores con los datos de las misiones ExoMars (con su orbitador TGO) y Mars Express de la Agencia Espacial Europea (ESA).

“Pensábamos que era imposible que se formara escarcha alrededor del ecuador de Marte, ya que la mezcla de luz solar y atmósfera delgada mantiene las temperaturas relativamente altas tanto en la superficie como en la cima de las montañas, a diferencia de lo que vemos en la Tierra, donde se podría esperar picos helados”, dice el autor principal, Adomas Valantinas, que hizo el descubrimiento como estudiante de doctorado en la Universidad de Berna (Suiza) y ahora estudia su postdoc en la Universidad Brown (Estados Unidos).

Observación de la escarcha en Olympus Mons, el volcán más grande del sistema solar, captado con la cámara HRSC de la misión Mars Express de la ESA. Imagen: Adomas Valantinas.

“Su existencia aquí es emocionante, e insinúa que hay procesos excepcionales en juego que permiten la formación de escarcha”, añade. De hecho, los hallazgos apoyan el papel de la circulación atmosférica localizada sobre estos volcanes gigantes en el intercambio activo de agua entre la superficie y la atmósfera marcianas.

Fina escarcha en invierno hasta el amanecer

Las zonas de escarcha están presentes durante unas horas alrededor del amanecer, antes de evaporarse con la luz solar. A pesar de su escaso grosor, probablemente solo una centésima de milímetro (como un cabello humano), cubren una vasta superficie. La cantidad de escarcha representa unas 150.000 toneladas de agua que cada día pasan de la superficie a la atmósfera durante las estaciones frías, el equivalente a unas 60 piscinas olímpicas.

“Es la primera vez que se detectan formaciones de hielo de agua en latitudes no polares en Marte”, subraya a SINC otro de los autores, José Juan López Moreno, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), quien confirma cuándo sucede el fenómeno: “Las detecciones se han producido durante el invierno local y a primeras horas de la mañana, ya que una vez que la radiación solar aumenta la temperatura superficial, los depósitos se evaporan y pasan a la atmósfera”.

Además del monte Olimpo, la región marciana de Tharsis alberga otros volcanes como Ascraeus, Pavonis y Arsia Mons, que se elevan sobre las llanuras circundantes a alturas que oscilan entre una (Pavonis Mons) y tres (Olympus Mons) veces la del Monte Everest de la Tierra.

Un microclima único

Estos volcanes presentan calderas o grandes depresiones en sus cumbres originadas al vaciarse las cámaras de magma durante erupciones pasadas. Los investigadores proponen que el aire circula de una forma peculiar por encima de Tharsis, lo que crea un microclima único dentro de estas calderas que permite la formación de las placas de fino hielo.

“Los vientos ascienden por las laderas de las montañas y transportan aire relativamente húmedo desde la superficie hasta altitudes superiores, donde se condensa y se deposita en forma de escarcha”, explica el coautor Nicolas Thomas de la Universidad de Berna, investigador principal del instrumento CaSSIS de ExoMars.

“De hecho –continúa–, vemos que esto ocurre en la Tierra y en otras partes de Marte, y es el mismo fenómeno que causa la llamada nube alargada Arsia Mons estacional marciana. La escarcha que vemos en la cima de los volcanes de Marte parece asentarse especialmente en las regiones sombreadas de las calderas, donde las temperaturas son más frías”.

Los autores la observaron en los volcanes Olimpo, Arsia y Ascraeus, así como en Ceraunius Tholus. Modelizar cómo se forman estas heladas podría permitir a los científicos desvelar más secretos de Marte, como dónde hay agua y cómo se mueve, además de entender mejor la compleja dinámica atmosférica del planeta. Estos conocimientos son esenciales para nuestra futura exploración de Marte y la búsqueda de posibles señales de vida más allá de la Tierra.

Inesperado y convincente

Este descubrimiento marca la primera vez que se descubre escarcha en el ecuador de Marte, ¿pero por qué no se había detectado antes? “Hay varias razones: en primer lugar, necesitamos una órbita que permita observar un lugar a primera hora de la mañana. Mientras que los dos orbitadores europeos de Marte (TGO y Mars Express) tienen órbitas de este tipo y pueden observar a cualquier hora del día, muchos de otros organismos están sincronizados con el Sol y solo se pueden observar por la tarde”, responde Adomas.

Escarcha en la caldera del volcán Ceraunius Tholus captada por el instrumento CaSSIS (a-c). No se observa escarcha por la tarde (d). Imagen: Adomas Valantinas.

“En segundo lugar –añade–, la deposición de escarcha está ligada a las estaciones marcianas más frías, lo que estrecha aún más la ventana para detectarla. En resumen, tenemos que saber dónde y cuándo buscar la escarcha efímera. Resulta que la buscábamos cerca del ecuador para otra investigación, pero no esperábamos verla en la cima de los volcanes de Marte”.

Suma de las misiones ExoMars y Mars Express

El orbitador Trace Gas Orbiter (TGO) de ExoMars llegó a Marte en 2016 y ha obteniendo imágenes y cartografiando su superficie, atmósfera y agua desde que comenzó su misión científica en 2018. Por su parte, Mars Express ha estado orbitando este planeta desde 2003, dos décadas de exploración de la superficie, subsuelo, minerales, atmósfera y fenómenos marcianos. En este nuevo estudio se han sumado los datos de las dos misiones.

El descubrimiento de la escarcha se realizó primero con el Sistema de Imágenes de Superficie en Estéreo y Color (CaSSIS) de TGO. A continuación, se confirmó observando de nuevo la zona con el espectrómetro NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) de este orbitador y con la Cámara Estéreo de Alta Resolución (HRSC) de la misión Mars Express.

“Encontrar agua en la superficie de Marte siempre es emocionante, tanto por su interés científico como por sus implicaciones para la exploración humana y robótica”, afirma Colin Wilson, científico del proyecto de la ESA en ambas misiones.

“Aún así, este descubrimiento es especialmente fascinante. La baja presión atmosférica de Marte crea una situación poco familiar en la que las cimas de las montañas del planeta no suelen ser más frías que sus llanuras, pero parece que el aire húmedo que sopla por las laderas de las montañas aún puede condensarse en escarcha, un fenómeno decididamente similar al de la Tierra”, apunta.

El científico concluye que “este descubrimiento ha sido posible gracias a la colaboración entre los dos orbitadores de la ESA y también a la elaboración de modelos adicionales. Entender exactamente qué fenómenos son iguales o diferentes en Marte y la Tierra pone a prueba y mejora nuestra comprensión de procesos básicos que ocurren no solo en nuestro planeta, sino también en otros lugares del universo”.

Referencia:

Valantinas et al. ‘Evidence for transient morning water frost deposits on the Tharsis volcanoes of Mars’. Nature Geoscience, 2024