Cómo el pequeño tamaño del planeta Marte lo condenó a ser inhabitable

La propia historia de Marte puede contener una verdad básica sobre la habitabilidad planetaria y de por qué hoy es un desierto de roca y polvo sin signos de vida aparente.

Gracias a las observaciones de sondas que orbitan hoy Marte y de los exploradores robóticos avanzados y verdaderos laboratorios con ruedas, como los rovers Curiosity y Perseverance de la NASA, los científicos saben que en el pasado antiguo, el agua líquida corría por la superficie marciana.

Así, el planeta rojo una vez albergó lagos, ríos y arroyos, y posiblemente incluso un enorme océano que cubría mucho de su hemisferio norte. Pero Marte no tiene agua líquida en su superficie hoy. Esa agua superficial prácticamente desapareció hace unos 3.500 millones de años, se perdió en el espacio junto con gran parte de la atmósfera marciana.

Una nueva investigación de la Universidad de Washington en St. Louis sugiere una razón fundamental: Marte puede ser demasiado pequeño para retener grandes cantidades de agua. El dramático cambio climático que sufrió el Planeta Rojo comenzó cuando ese mundo perdió su campo magnético global, que había protegido el aire de Marte de ser arrastrado por partículas cargadas que fluían desde el sol, creen los científicos. Pero esta causa próxima se basó en un impulsor más fundamental, según el nuevo estudio: Marte es demasiado pequeño para retener el agua de la superficie a largo plazo.

“El destino de Marte se decidió desde el principio”, dijo Kun Wang, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en Artes y Ciencias y autor principal del estudio. “Es probable que exista un umbral en los requisitos de tamaño de los planetas rocosos para retener suficiente agua para permitir la habitabilidad y la tectónica de placas, con una masa superior a la de Marte”.

Para realizar este revelador estudio, Wang y sus colaboradores utilizaron isótopos estables del elemento potasio (K) para estimar la presencia, distribución y abundancia de elementos volátiles en diferentes cuerpos planetarios. El potasio es un elemento moderadamente volátil, pero los científicos decidieron usarlo como una especie de trazador de elementos y compuestos más volátiles, como el agua. Este es un método relativamente nuevo que difiere de los intentos anteriores de utilizar las proporciones de potasio a torio (Th) recopiladas por teledetección y análisis químico para determinar la cantidad de volátiles que alguna vez tuvo Marte. En investigaciones anteriores, los miembros del grupo de investigación utilizaron un método de rastreo de potasio para estudiar la formación de la Luna.

Wang y su equipo midieron las composiciones de isótopos de potasio de 20 meteoritos marcianos previamente confirmados, seleccionados para ser representativos de la composición de silicatos a granel del planeta rojo. Usando este enfoque, los investigadores determinaron que Marte perdió más potasio y otros volátiles que la Tierra durante su formación, pero retuvo más de estos volátiles que la Luna y el asteroide 4-Vesta, dos cuerpos mucho más pequeños y secos que la Tierra y Marte. Así, los investigadores encontraron una correlación bien definida entre el tamaño corporal y la composición isotópica de potasio.

“La razón de una abundancia mucho menor de elementos volátiles y sus compuestos en planetas diferenciados que en meteoritos primitivos indiferenciados ha sido una pregunta de larga data”, dijo la coautora Katharina Lodders, profesora investigadora de ciencias terrestres y planetarias en la Universidad de Washington, en el mismo comunicado. declaración. (“Diferenciado” se refiere a un cuerpo cósmico cuyo interior se ha separado en diferentes capas, como la corteza, el manto y el núcleo). “El hallazgo de la correlación de las composiciones isotópicas de K con la gravedad del planeta es un descubrimiento novedoso con importantes implicaciones cuantitativas sobre cuándo y cómo los planetas diferenciados recibieron y perdieron sus volátiles”, agregó Lodders.

El nuevo estudio, que se publicó en línea en la revista Proceedings of the National Academies of Sciences, y el trabajo anterior en conjunto sugieren que el tamaño pequeño es un doble golpe para la habitabilidad. Los planetas pequeños pierden mucha agua durante la formación y sus campos magnéticos globales también se apagan relativamente temprano, lo que resulta en un adelgazamiento atmosférico. El nuevo trabajo también podría tener aplicaciones más allá de nuestro propio patio trasero cósmico, dijeron los miembros del equipo.

“Los meteoritos marcianos son las únicas muestras de las que disponemos para estudiar la composición química de la masa de Marte. Esos meteoritos marcianos tienen edades que varían de varios cientos de millones a 4 mil millones de años y registraron la historia de la evolución volátil de Marte. Al medir los isótopos de elementos moderadamente volátiles, como el potasio, podemos inferir el grado de agotamiento volátil de los planetas a granel y hacer comparaciones entre diferentes cuerpos del sistema solar”, sostuvo Wang. Y agregó: “Es indiscutible que solía haber agua líquida en la superficie de Marte, pero la cantidad de agua en el total de Marte alguna vez es difícil de cuantificar a través de estudios de sensores remotos y rover solamente. Existen muchos modelos para el contenido de agua a granel de Marte. En algunos de ellos, el primer Marte era incluso más húmedo que la Tierra. No creemos que ese fuera el caso”.

“Este estudio enfatiza que existe un rango de tamaño muy limitado para que los planetas tengan suficiente pero no demasiada agua para desarrollar un ambiente de superficie habitable”, aseguró el coautor Klaus Mezger, del Centro para el Espacio y la Habitabilidad de la Universidad de Berna en Suiza, dijo en el mismo comunicado. “Estos resultados guiarán a los astrónomos en su búsqueda de exoplanetas habitables en otros sistemas solares”, completó.

Ese descargo de responsabilidad sobre el “entorno de la superficie” es importante en cualquier discusión sobre habitabilidad. Los científicos piensan que el Marte moderno todavía alberga acuíferos subterráneos que pueden sustentar la vida, por ejemplo. Y lunas como la Europa de Júpiter y Encélado de Saturno albergan océanos enormes que posiblemente sustenten la vida debajo de sus superficies cubiertas de hielo. Wang ahora piensa que, para los planetas que están dentro de zonas habitables, el tamaño planetario probablemente debería ser más enfatizado y considerado de forma rutinaria al pensar si un exoplaneta podría albergar vida.

“El tamaño de un exoplaneta es uno de los parámetros más fáciles de determinar Según el tamaño y la masa, ahora sabemos si un exoplaneta es un candidato para la vida, porque un factor determinante de primer orden para la retención de volátiles es el tamaño”, concluyó el experto.

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