Nuestros vecinos planetarios más cercanos, Marte y Venus, no tienen océanos, lagos o ríos. Algunos investigadores han especulado que fueron arrastrados por el viento solar, y que nuestra Tierra escapó a este destino debido a que su potente campo magnético desvió el viento. Sin embargo, ha surgido un debate sobre si el campo magnético es de alguna ayuda como escudo.
La controversia surge de las recientes observaciones que demuestran que Marte y Venus están perdiendo iones de oxígeno desde sus atmósferas hacia el espacio, al mismo ritmo que la Tierra. Esto es una sorpresa en cierto modo, dado que sólo la Tierra tiene un potente campo magnético dipolar que puede evitar que las partículas del viento solar impacten en la atmósfera superior y arranquen directamente los iones.
“Mi opinión es que la hipótesis del campo magnético no está demostrada”, dice Robert Strangeway de UCLA. “No hay nada en los datos contemporáneos que garanticen el invocar a campos magnéticos”. Cada uno de los tres planetas está perdiendo aproximadamente una tonelada de su atmósfera al espacio cada hora. Parte de este material perdido originalmente estaba en forma de agua, por lo que la pregunta es:¿Cómo los planetas terminaron con cantidades tan radicalmente distintas de agua si todos tienen “filtraciones” al espacio de un ritmo similar?
“El problema está en tomar los ritmos actuales e intentar adivinar qué pasaba hace miles de millones de años”, dice Janet Luhmann de la Universidad de California en Berkeley. Ella cree que el campo magnético de la Tierra podría haber sido la diferencia en el pasado, cuando el viento solar era, presumiblemente, más potente.
“No se están poniendo todas las cartas sobre la mesa”, dice Luhmann. “No podemos decir que los campos magnéticos no son importantes a partir de los datos actuales”.
Tanto Luhmann como Strangeway están de acuerdo en que descubrir lo que hace que un planeta sea húmedo y otro seco, requerirá de más datos sobre cómo depende la pérdida de atmósfera respecto a la emisión del Sol.
Sacudidos por la brisa solar
El principal director del escape de iones de las atmósferas planetarias es el viento solar, que es un flujo de salida de alta velocidad desde el Sol, que consiste mayormente en protones y electrones. Debido a que estas partículas portan una carga, sus caminos se curvan cuando encuentran un campo magnético.
Para los no magnetizados Marte y Venus, el viento solar básicamente impacta directo en la atmósfera superior y arranca iones y los lleva con él al espacio. El campo magnético de la Tierra proporciona una barrera contra el viento solar, conocida como magnetosfera, pero los iones siguen siendo arrancados a través de una vía menos directa. Básicamente, el viento solar que interactúa con el campo magnético de la Tierra transfiere parte de su energía a la atmósfera superior en las regiones polares. Las auroras que son visibles en latitudes altas son una manifestación de esta transferencia. Pero también calienta lo suficiente los iones atmosféricos para que escapen desde los polos, formando los “flujos polares de salida de iones” de la Tierra.
“El campo magnético es un obstáculo para el viento solar, pero también es un embudo”, dice Strangeway. El efecto del viento solar en la Tierra es menos uniforme que en Marte y Venus, pero aparentemente el ritmo neto de pérdida es aproximadamente el mismo.
Strangeway explica esto en términos de momento. El viento solar pierde parte de su momento cuando llega a cualquier planeta. La física básica nos dice que este momento tiene que ir a alguna parte, y de acuerdo con Strangeway, va a atmósfera de la región polar para energizar los iones a velocidades suficientes para escapar de la gravedad terrestre. La presencia de un campo magnético cambia el mecanismo para esta transferencia de momento, pero el resultado final es similar.
Al menos, este parece ser actualmente el caso.
Pérdida de agua equivalente
Los planetas están actualmente perdiendo unos pocos cientos de gramos de iones por segundo, pero esta pérdida de masa se extiende a lo largo de una región de espacio muy grande, por lo que es un reto medirla con precisión. Los satélites que orbitan alrededor de la Tierra han detectado iones de alta velocidad procedentes de los polos, pero los científicos no están seguros de cuántos de ellos escapan realmente al espacio, en lugar de volver a ser reciclados en la atmósfera a través de la magnetosfera de la Tierra.
Las observaciones de Marte y Venus han sido más difíciles de conseguir. Mars Express (orbitando Marte desde 2003) y Venus Express (orbitando Venus desde 2006) han proporcionado unas restricciones mucho mejores que las anteriores misiones planetarias.
“Ahora mismo, los ritmos para los tres planetas son aproximadamente los mismos para ciertos iones”, dice Luhmann. “Nadie discute eso”.
Se han medido otros iones, aparte del oxígeno, escapando al espacio, tales como monóxido de carbono ionizado y moléculas de dióxido de carbono, que también incluyen oxígeno. Los iones de hidrógeno también se pierden, pero es difícil distinguirlos de los protones del viento solar. Incluso así, los investigadores suponen que escapan dos átomos de hidrógeno por cada uno de oxígeno. (El razonamiento es que, si no fuese así, la atmósfera hace tiempo que se habría vuelto altamente oxidativa o reductiva). El efecto neto es la pérdida de moléculas de H2O.
Los investigadores convierten la tasa de pérdida de iones de oxígeno en una tasa de pérdida de agua equivalente, y luego tratan de estimar cuánta agua ha sido arrancada de cada planeta a lo largo de su historia.
Marte es el ejemplo favorito debido a que la geología del planeta indica que había una gran cantidad de agua líquida en la superficie hace 3500 millones de años. Tenemos menos pruebas para Venus, pero también es probable que fuese húmedo en el pasado.
“Los tres planetas tenían un suministro de agua decente con el que empezar”, dice Luhmann.
Strangeway ha calculado qué cantidad de agua debería haber perdido al espacio cada planeta, suponiendo que las tasas actuales se hayan mantenido constantes a lo largo de los últimos 3500 millones de años. Su imaginamos esta agua dispersa equitativamente sobre la superficie, Marte, la Tierra y Venus habrían perdido una capa de agua de 30, 9 y 8 centímetros de grosor respectivamente.
“Esto no es una gran cantidad”, admite Strangeway. Definitivamente no es suficiente para explicar las características geológicas marcianas.
Un obstáculo es la pérdida de átomos neutros, que pasan en gran medido sin detectarse por los actuales instrumentos espaciales. Marte probablemente está perdiendo muchos más átomos neutros que sus homólogos. Esto se debe a que Marte es menor, y por tanto, tiene un tirón gravitatorio menor sobre su atmósfera. Ciertas interacciones químicas pueden dar a los átomos de oxígeno neutro suficiente velocidad para escapar de la gravedad de Marte.
Esta pérdida neutra podría ayudar a explicar por qué Marte está seco, pero no puede explicar por qué tampoco Venus tiene agua. La velocidad de escape en Venus y la Tierra es demasiado alta para que la pérdida neutra sea significativa.
“Venus es más complicado”, dice Strangeway. Algo debe haber sido diferente en el pasado que explique por qué Venus tiene 100 000 veces menos agua que la Tierra.
Una diferencia era el Sol.
Variabilidad solar
No tenemos un registro directo de la historia del Sol, pero los astrónomos pueden estudiar otras estrellas que son similares a nuestro Sol en una etapa anterior. Estas estrellas jóvenes similares al Sol parecen ser más activas, posiblemente con vientos más potentes y una mayor emisión de luz ultravioleta. Por tanto, es probable que nuestro Sol arrancase las atmósferas de los planetas a un ritmo más alto en el pasado.
Luhmann defiende que el campo magnético de la Tierra puede haber sido un mejor escudo contra un Sol más activo. En comparación, la tasa de pérdida de los indefensos Venus y Marte podría haber aumentado en un factor de mil o más, en relación a la Tierra.
Strangeway no está convencido. “Soy muy cauteloso”, comenta. “No sé lo suficiente para decir cómo interactuaría el joven Sol con un campo magnético planetario”.
Una forma de investigar el papel de los campos magnéticos en el pasado, es observar lo que sucede durante una tormenta solar, cuando el viento solar sopla con violencia. Varias tormentas solares (o más técnicamente “eyecciones de masa coronal”) estallan en el Sol cada día durante los picos del ciclo solar, pero sólo unas pocas tormentas pasan sobre la Tierra cada mes. Cuando lo hacen, los satélites pueden quedar fuera de servicio, y la radiación aumenta a niveles peligrosos sobre los polos.
En la Tierra, las tormentas solares también aceleran la erosión atmosférica, pero se necesitan unas medidas más precisas. Los satélites Cluster de ESA están recopilando datos sobre la magnetosfera de nuestro planeta y la interacción con el viento solar. Esta información mejorará los modelos sobre el “clima” en la atmósfera superior, por lo que los científicos pueden mejorar los modelos de escape atmosférico y cómo dependen del viento solar y otras entradas.
Para Marte, la próxima misión Maven de la NASA estudiará las pérdidas neutras y de iones y pondrá a prueba si estas tasas cambian durante las perturbaciones de la actividad solar y el viento solar.
Si Strangeway tuviese que adivinar, diría que los datos demostrarán que la diferencia entre los planetas magnetizados y no magnetizados será ligera. Pero no tiene ningún mecanismo alternativo para proteger el suministro de agua de nuestro planeta.
“Tenemos que volver atrás para cuadrar alguno”, señala.
Articulo extraido y traducido de: http://news.sciencemag.org
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