Una costra de salmuera impidió perforar al topo marciano

Una dura costra de salmuera es la explicación más probable por la que el taladro HP3 de la misión Insight de la NASA en Marte no pudiera hundirse a 5 metros como estaba previsto.

El topo marciano, que durante cuatro años participó en la investigación planetaria, fue el primero en su tipo en el mundo. El experimento, sin precedentes en su campo, recibió el nombre del conocido mamífero excavador de túneles, pero su nombre oficial era Heat Flow and Physical Properties Package (HP3).

En enero de 2019, en el lugar de aterrizaje de la misión InSight de la NASA, el instrumento, desarrollado por el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) en colaboración con instituciones europeas, fue colocado en la superficie marciana. Fue diseñado para excavar hasta cinco metros en el suelo y medir el flujo de calor desde las profundidades del planeta.

Los científicos se sorprendieron cuando el topo tuvo dificultades para enterrarse, llegando finalmente a estar justo debajo de la superficie. A pesar de ello, el análisis de las mediciones del instrumento sobre las fluctuaciones de temperatura diarias y estacionales del topo en la superficie y justo debajo de ella ha producido resultados nuevos y sorprendentes: las temperaturas en los 40 centímetros superiores del suelo marciano promueven la formación de películas de sal costra, conocidas como "duricrust", que endurecen el suelo.

Las mediciones de temperatura en la parte superior del suelo marciano en el lugar de aterrizaje de InSight, recopiladas durante muchos días marcianos y a lo largo de los cambios estacionales, han proporcionado información valiosa sobre la formación del suelo "duricrust". Durante los casi cuatro años (es decir, dos años marcianos) que InSight realizó experimentos en la superficie marciana, el topo luchó por excavar en el subsuelo marciano. El suelo marciano resultó inesperadamente difícil de penetrar: estaba incrustado hasta una profundidad de aproximadamente 20 centímetros, pero también era muy poroso.

"Para hacerme una idea de las propiedades mecánicas del suelo, me gusta compararlo con la espuma floral, muy utilizada en floristería para arreglos florales. Es un material ligero y muy poroso en el que se crean agujeros cuando se presionan los tallos de las plantas", explica en un comunicado Tilman Spohn, investigador principal del experimento HP3 en el Instituto de Investigación Planetaria del DLR.

Como resultado, el topo no logró generar suficiente fricción en la interfaz entre el metal y el suelo para absorber el retroceso restante del mecanismo del martillo, lo que impidió una penetración más profunda. Por lo tanto, el experimento HP3 del DLR, diseñado para medir el flujo de calor desde el interior de Marte, solo tuvo un éxito parcial. Los intentos de clavar el martillo en el suelo se interrumpieron a principios de 2021.

Los resultados de las mediciones de temperatura posteriores se han publicado ahora en la revista Geophysical Research Letters.

Debido a que el suelo marciano estaba apelmazado hasta una profundidad de 20 centímetros (algo que no se esperaba según los datos del orbitador), el topo logró penetrar apenas un poco más de 40 centímetros. Después de completar las pruebas de martilleo, el dispositivo fue reutilizado como sonda térmica.

A 56 GRADOS BAJO CERO

"Durante el transcurso de siete días marcianos, medimos la conductividad térmica y las fluctuaciones de temperatura a intervalos cortos", informa Tilman Spohn. "Además, medimos continuamente las temperaturas diarias más altas y más bajas durante el segundo año marciano. La temperatura media en la profundidad de la sonda térmica de 40 centímetros de largo fue de menos 56 grados Celsius (217,5 Kelvin). Estos registros, que documentan la curva de temperatura a lo largo de los ciclos diarios y las variaciones estacionales, fueron los primeros de su tipo en Marte".

Las temperaturas en el suelo marciano cercano a la superficie influyen en varias propiedades físicas, incluida la elasticidad del suelo, la velocidad de las ondas sísmicas, la conductividad térmica y la capacidad térmica, así como el movimiento de material dentro del suelo.

"La temperatura también tiene una fuerte influencia en las reacciones químicas que se producen en el suelo, en el intercambio con las moléculas de gas en la atmósfera y, por lo tanto, también en los posibles procesos biológicos relacionados con la posible vida microbiana en Marte", continúa Spohn. "Estos conocimientos sobre las propiedades y la resistencia del suelo marciano también son de especial interés para la futura exploración humana de Marte".

La temperatura del suelo, medida como tal, fluctuó tan solo entre cinco y siete grados durante un día marciano, lo que es apenas una fracción de las variaciones de 110 a 130 grados observadas en la superficie. Esto demuestra que el suelo marciano actúa como un excelente aislante, reduciendo significativamente las grandes diferencias de temperatura a poca profundidad, entre 10 y 20 veces más que el suelo cercano a la superficie de la Tierra. Estacionalmente, la temperatura fluctuó en 13 grados y, en las capas cercanas a la superficie, se mantuvo por debajo del punto de congelación del agua en Marte.

UNA COSTRA DURA DE 20 CENTÍMETROS

De particular interés, la temperatura permite la formación de delgadas películas de salmueras líquidas y saladas, durante diez horas o más durante un día marciano en invierno y primavera, cuando hay suficiente humedad en la atmósfera. Por lo tanto, la solidificación de esta salmuera es la explicación más probable para la capa de costra dura observada de aproximadamente 20 centímetros de espesor de arena solidificada y cohesiva. Se cree que esta capa endurecida fue el factor principal que impidió que la sonda térmica de la misión penetrara a mayores profundidades.

Al comparar las temperaturas del suelo con las de la superficie, los científicos pudieron calcular la difusividad térmica (una medida dependiente de la temperatura de la velocidad de transporte de calor en un material) y la conductividad térmica. A partir de la relación entre la conductividad térmica y la difusividad, se pudo estimar por primera vez la densidad del suelo marciano, algo que no fue posible con los módulos de aterrizaje anteriores. La densidad de los 30 centímetros superiores del suelo (incluida la costra dura) es comparable a la de la arena basáltica, un producto de la erosión de la roca volcánica rica en hierro y magnesio, y común en la Tierra. Por debajo de esta capa, el suelo corresponde a arena consolidada y fragmentos de basalto más gruesos.