Investigando las atmósferas de los planetas interiores

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Andrea Cruz Sánchez
hace 8 años
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1 Investigando las atmósferas de los planetas interiores Miguel Ángel López Valverde Dpto. Sistema Solar Instituto de Astrofísica de Andalucía(IAA-CSIC)

2 En el fondo, los científicos somos gente con suerte: podemos jugar a lo que queramos durante toda la vida Lee Smolin 102

3 El cuerpo de conocimiento de las Atmósferas Planetarias es hoy día un campo sorprendentemente amplio para quien se acerca a él por primera vez, descubriendo que constituye una fructífera área de investigación que abarca tanto aspectos observacionales desde Tierra y desde plataformas espaciales, con una larga y apasionante historia de descubrimientos no exentos de sorpresas, como aspectos puramente teóricos, llegándose hoy día a aplicarse de modo rutinario complejas simulaciones numéricas para describir, tanto los procesos geofísicos específicos de estos sistemas gaseosos, como temas muchos mas genéricos dentro del ámbito planetario. Entre todas las sub-áreas de investigación con entidad propia que se pueden densificar dentro de las Atmósferas Planetarias, se podrían destacar estudios que abarcan desde el origen, la estabilidad y la evolución de la atmósfera misma (atmósferas primarias y secundarias, escape atmosférico, erosión por impactos, vulcanismo y mecanismos de liberación de gases desde el interior del planeta, etc.), pasando por la descripción de su dinámica (generación de vientos, ondas y mareas atmosféricas, variabilidad del sistema climático, etc.), de su balance energético global (efecto invernadero, transiciones de fase en regiones polares, etc.), del campo de radiación interno (transmisión de radiación UV, emisiones infrarrojas, aeronomía, fenómenos aurorales), o de sus procesos fotoquímicos (formación de compuestos minoritarios, nubes y capas de aerosoles), hasta su interacción con la superficie y el interior planetarios (condensación, oxidación, retroalimentación de ciclos gaseosos), su respuesta frente a variaciones en su frontera exterior, en la exosfera (caída de material interplanetario, magnetosferas e ionosferas, volatilización de meteoros, variabilidad solar, etc.) y su utilización en técnicas de Sondeo Remoto y aterrizaje de misiones (determinación de parámetros atmosféricos, corrección en sondeos de la superficie, frenado atmosférico de satélites, etc.), así como en aspectos de Planetología Comparada o Astrobiología (comprensión de sistemas únicos, búsqueda de condiciones climáticas propicias, estructura térmica y densidades, evolución conjunta consistente del Sistema Solar, peculiaridades evolutivas, cambio climático, evolución futura, etc.) La lista de aspectos y estudios de interés es tan elevada que en una revisión breve de las atmósferas de los planetas terrestres tan solo podemos mencionar sucintamente algunos de los que, en nuestra modesta opinión, pensamos que despiertan más interés científico en la actualidad, es decir, ilustrar algunas direcciones principales donde la investigación en atmósferas planetarias se esta dirigiendo en los últimos años. Algunas de estas direcciones son las que perseguimos en el Departamento Sistema Solar, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), desde hace ya algunas décadas, con énfasis en los aspectos de la dinámica, la fotoquímica, la radiación, la observación con telescopios en Tierra y el sondeo remoto desde plataformas orbitales. En lo que sigue ahondaremos en algunas de estas sub-disciplinas o métodos de estudio, y aunque venimos aplicando estas técnicas a los dos tipos de planetas que tradicionalmente se consideran, los planetas terrestres y los gaseosos, es en los primeros en los que nos centraremos aquí. 103

puramente teóricos, llegándose hoy día a aplicarse de modo rutinario complejas simulaciones numéricas para describir, tanto los procesos geofísicos específicos de estos sistemas gaseosos, como temas

4 Nubes mesosferitas en Venus. mostrando rotación retrógrada Desarrollo de una tormenta de polvo en Marte Para empezar, y siguiendo una división clásica en todo estudio sobre el Sistema Solar en su conjunto, se suele hablar de dos tipos de atmósferas, como existen dos tipos de planetas, los interiores, rocosos o terrestres, y los exteriores, gigantes o gaseosos. Ejemplos de los primeros, Venus y Marte, como La Tierra, están cercanos al Sol y son eminentemente rocosos, es decir, tienen una atmósfera o envuelta gaseosa pequeña en comparación con la masa total del planeta. En cambio, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno son mucho más grandes que los anteriores, están mas allá del cinturón de asteroides, y son casi enteramente gaseosos salvo un núcleo sólido de no más de, probablemente, unas pocas masas terrestres. Respetando esta división tradicional y fecunda, que además hace justicia a procesos básicos durante las primeras fases de la infancia del Sistema Solar, debemos hacerla un poco más flexible en cuanto al estudio de las atmósferas planetarias, para incluir un ejemplo ilustre que se encuentra en la orbita de Saturno. Hablamos de Titán, el único satélite del sistema solar con una atmósfera considerable (algunas trazas de atmósfera existen en Gritón e Io, incluso en La Luna, pero no revisten un interés similar a la de Titán). Incluso en algunos aspectos, como masa y composición, o la existencia de smog" fotoquímico y neblinas y capas de aerosoles en suspensión, se parece la atmósfera de Titán mas a la de La Tierra que la de nuestros vecinos más próximos, Marte y Venus. Así que en lo que sigue nuestro conjunto de atmósferas terrestres" en el que centrar nuestro análisis estará formado por las atmósferas de Venus, La Tierra, Marte y Titán. Titán, cubierto de espesas nubes 104

tipos de atmósferas, como existen dos tipos de planetas, los interiores, rocosos o terrestres, y los exteriores, gigantes o gaseosos.

5 En esta presentación realizaremos en primer lugar, una descripción general de las características principales de estas cuatro atmósferas, mencionando los procesos físicos y químicos básicos que condicionan su estado actual, mas a modo de recordatorio e introducción, y para enfatizar algunas de las cuestiones, mas o menos comunes a todas estas atmósferas, que pensamos que si conocemos con alguna precisión. Perfiles verticales de presión versus temperatura de las atmósferas indicadas, donde se observan, por ejemplo, la diversidad de presiones y temperaturas superficiales, los gradientes negativos en la troposfera, típicos de situaciones controladas por procesos convectivos, la presencia de estratosfera en Titán y La Tierra, es decir, de intensa absorción solar por parte de compuestos con fuertes bandas de absorción en el UV, visible o cercano IR, la ausencia de estratosfera en Marte y Venus, o la caliente termosfera terrestre, en contraposición con los demás casos, en particular, la sorprendentemente fría contrapartida en Venus (criosfera), que llega a ser incluso más fría que en el caso de Titán, a pesar de su mucha mayor proximidad al Sol. A continuación iremos recorriendo algunos ejemplos de investigaciones particulares que han significado puzzles científicos de difícil solución durante décadas ( y algunos de ellos nos traen de cabeza todavía!), para ilustrar propiedades interesantes del sistema atmosférico en algunas de las direcciones mencionadas anteriormente Estas discusiones incluirán algunas de las siguientes cuestiones: 1. la estabilidad del dióxido de carbono en Marte, la aparición del agujero de ozono en la Tierra, y las espesas nubes de aerosoles de Titán, como ejemplos de la importancia y complejidad de los procesos fotoquímicos, y la interacción entre la dinámica, química y radiación, en una atmósfera planetaria 2. las temperaturas termosfericas de Marte, Venus y La Tierra, como ilustración del papel de los procesos radiativos clave en el balance energético de una atmósfera y de la respuesta de las capas externas atmosféricas a variaciones 105

6 de iluminación solar, así como ejemplo notable de lo que viene llamándose Planetología Comparada, 3. la superrotación de Venus y Titán, y las tormentas globales de polvo en Marte, como ejemplos de viejos problemas dinámicos aun abiertos hoy día, así como objetivos prioritarios tras los esfuerzos teóricos recientes en la exportación de modelos de circulación general y de predicción climática terrestres a otros planetas, capas 4. El vapor del agua en la atmósfera de Marte y la estabilidad de las polares, como ejemplo notable de interacción entre la atmósfera y la superficie del planeta rojo, con repercusiones sobre aspectos evolutivos y de astrobiología. Finalmente, y dada la importancia y actualidad de la investigación desde plataformas espaciales, revisaremos también brevemente algunos planes y objetivos a corto y medio plazo que la instrumentación a bordo de plataformas orbitales y estaciones en superficie nos puede ofrecer para avanzar nuestro conocimiento de las atmósferas de los planetas terrestres. En concreto revisaremos los objetivos de la misión Mars Express, y del programa americano de exploración de Marte, y las misiones Cassini-Huyghens a Titán y Venus Express a Venus. Es decir, terminaremos intentando diseñar unas estrategias generales para investigar algunas de tantas cuestiones que no conocemos todavía sobre estos complejos sistemas que son las atmósferas de los planetas del Sistema Solar. 106

teóricos recientes en la exportación de modelos de circulación general y de predicción climática terrestres a otros planetas, capas 4.

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