El color rojo de Marte tiene solo pulgadas de profundidad.

La superficie y la atmósfera están coloreadas por óxidos férricos. Debajo de una capa muy delgada, de apenas milímetros de profundidad en algunos lugares, ya no es rojo.

Cuando miramos a nuestro planeta Tierra desde el espacio, vemos una gran variedad de colores. El cielo en sí es azul, ya que la atmósfera dispersa preferentemente luz azul de longitud de onda más corta en todas las direcciones, lo que le da a nuestra atmósfera su color característico. Los océanos en sí son azules, ya que las moléculas de agua absorben mejor la luz roja de longitud de onda más larga que la luz azul. Mientras tanto, los continentes aparecen de color marrón o verde, dependiendo de la vegetación (o falta de ella) que crece allí, mientras que los casquetes polares y las nubes siempre aparecen de color blanco.

Pero en Marte domina un color: el rojo. El suelo es rojo: rojo por todas partes. Las tierras bajas son rojas; las tierras altas son rojas; los cauces secos de los ríos son rojos; las dunas de arena son rojas; es todo rojo. La atmósfera en sí también es roja en todos los lugares donde podemos medirla. La única excepción parece ser los casquetes polares y las nubes, que son blancas, aunque con un tono rojizo como se observa desde la Tierra. Sin embargo, sorprendentemente, el «enrojecimiento» de Marte es increíblemente superficial; si excavas un poquito debajo de la superficie, el enrojecimiento desaparece. Aquí está la historia científica detrás de lo que hace que el planeta rojo sea tan rojo.

Marte
Marte, junto con su fina atmósfera, fotografiado desde el orbitador Viking en la década de 1970. La atmósfera de color rojo brillante se debe a la presencia de polvo marciano en la atmósfera, y la composición de las rocas de Marte fue descubierta por primera vez por los módulos de aterrizaje Viking. (Crédito: NASA / Viking 1)

Desde el espacio, no se puede negar la apariencia roja de Marte. En toda la historia registrada en una amplia variedad de idiomas, el enrojecimiento de Marte ha sido su característica más destacada. Mangala, la palabra sánscrita para Marte, es roja. Har decher, su antiguo nombre en egipcio, significa literalmente «rojo». Y a medida que avanzamos hacia la era espacial, las fotos que distinguen la superficie de la atmósfera muestran claramente que el aire sobre Marte tiene un color intrínsecamente rojo.

En la atmósfera de la Tierra, la dispersión de Rayleigh domina, proyectando luz azul en todas direcciones mientras que la luz roja viaja relativamente tranquila. Sin embargo, la atmósfera de Marte es solo un 0,7% más gruesa que la de la Tierra, lo que hace que la dispersión de Rayleigh de las moléculas de gas en la atmósfera de Marte sea un efecto insignificante. En cambio, las partículas de polvo en la atmósfera marciana dominan (probablemente) de dos maneras:

  • mayor absorción a longitudes de onda ópticas cortas (400-600 nm) que a longitudes de onda más largas (600+ nm),
  • y que las partículas de polvo más grandes (~ 3 micrones y más) dispersan la luz de longitud de onda más larga de manera más eficiente que las partículas de gas atmosférico dispersan la luz de longitud de onda más corta de la dispersión de Rayleigh.
En comparación con la irradiancia recibida en la superficie de la Tierra, la luz recibida en la superficie de Marte está severamente suprimida en longitudes de onda más cortas (más azules). Esto es consistente con pequeñas partículas de polvo de hematita suspendidas en la atmósfera marciana, y la opacidad aumenta con el aumento de la densidad del polvo. (Crédito: JF Bell III, D. Savransky y MJ Wolff, JGR PLANETS, 2006)

Si observa en detalle el polvo atmosférico suspendido en Marte y pregunta «cómo es», la respuesta es increíblemente informativa. Con solo mirar sus propiedades espectrales, o «cómo afecta la luz», podemos ver que el polvo es muy similar a las regiones de Marte que:

  • tienen una alta reflectividad,
  • representan depósitos de suelo brillante,
  • y son ricas en hierro: es decir, contienen grandes cantidades de óxidos férricos.

Cuando miramos el polvo en detalle, particularmente  con el instrumento OMEGA en la misión Mars Express de la ESA , encontramos que el tipo más común de polvo proviene de la hematita roja nanocristalina, que tiene la fórmula química α-Fe 2 O 3 . Las partículas que componen esta hematita son pequeñas: entre unas 3 y 45 micras de diámetro. Ese es el tamaño y la composición correctos para que los rápidos vientos marcianos, que generalmente soplan a velocidades cercanas a ~ 100 km / h, barren continuamente grandes cantidades de polvo hacia la atmósfera, donde permanece bastante bien mezclado, incluso cuando no hay tormentas de polvo.

La misma imagen compuesta panorámica, tomada por Opportunity, mostrada con dos asignaciones de color diferentes. La imagen superior está en «color verdadero», como los ojos humanos verían Marte, mientras que la parte inferior está en falso color realzado para el contraste de color. (Crédito: NASA / JPL-Caltech / Cornell / Arizona State U.)

Sin embargo, cuando miramos la superficie marciana, la historia se vuelve mucho más interesante. Desde que comenzamos a examinar la superficie marciana en detalle, primero de las misiones en órbita y, luego, de los módulos de aterrizaje y los rovers, notamos que las características de la superficie cambiarían con el tiempo. En particular, notamos que hay áreas más oscuras y áreas más brillantes, y que las áreas oscuras evolucionarían en un patrón particular:

  • comenzarían a oscurecer,
  • se cubrirían de polvo que sospechamos que provenía de las áreas más brillantes,
  • y luego volverían a estar a oscuras una vez más.

Durante mucho tiempo, no supimos por qué, hasta que comenzamos a notar que todas las áreas oscuras que cambian tenían algunas cosas en común, particularmente en comparación con las áreas oscuras que no cambiaron. En particular, las áreas oscuras que cambiaron con el tiempo tenían elevaciones relativamente más bajas y pendientes más pequeñas, y estaban rodeadas por áreas más brillantes. Por el contrario, las áreas oscuras de mayor elevación, pendientes más pronunciadas y muy grandes no cambiaron de esta manera con el tiempo.

En Marte, las estructuras de roca desnuda retienen el calor mucho mejor que las estructuras similares a la arena, lo que significa que parecerán más brillantes por la noche, cuando se ven en el infrarrojo. Se puede ver una variedad de tipos y colores de rocas, ya que el polvo se adhiere a algunas superficies mucho mejor que a otras. De cerca, queda muy claro que Marte no es un planeta uniforme. (Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS, Mars Curiosity Rover)

Fue un dúo de científicos, uno de los cuales fue Carl Sagan,  quien desconcertó la solución : Marte está cubierto con una capa de este fino polvo arenoso que es impulsado por los vientos a lo largo de la superficie marciana. Esta arena se mueve de un área a otra, pero es más fácil que el polvo:

  • viajar distancias cortas,
  • viajar desde elevaciones más altas a más bajas o hasta elevaciones comparables, en lugar de hasta elevaciones mucho más altas,
  • y salir volando de áreas con pendientes más pronunciadas, a diferencia de áreas con pendientes menos profundas.

En otras palabras, el polvo rojo que domina la paleta de colores de Marte es solo superficial. Eso no es ni siquiera una expresión poética en este caso: ¡la mayor parte de Marte está cubierta por una capa de polvo de solo unos pocos milímetros de espesor! Incluso en la región donde el polvo es más denso, la gran meseta conocida como la  región de Tharsis , que consta de tres volcanes muy grandes justo fuera del Olimpo Mons (que parece al noroeste de la meseta), se estima en unos escasos 2 metros (~ 7 pies) de espesor.

Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) mapa topográfico coloreado del hemisferio occidental de Marte, que muestra las regiones de Tharsis y Valles Marineris. La cuenca de impacto Argyre se encuentra en la parte inferior derecha, con la parte baja de Chryse Planitia a la derecha (este) de la región de Tharsis. (Crédito: NASA / JPL-Caltech / Arizona State U.)

Entonces, podría mirar estos hechos y preguntarse lo siguiente: ¿tenemos un mapa topográfico de Marte y un mapa de los óxidos férricos en Marte, y estos mapas se correlacionan entre sí de alguna manera?

Es una idea inteligente, y una que veremos en solo un segundo, pero «óxido férrico» no significa necesariamente «polvo rojo de Marte» de la forma en que podría pensar. En primer lugar, los óxidos férricos están presentes en todo el planeta:

  • dentro de la corteza,
  • encontrado en las corrientes de lava,
  • y en el polvo marciano que ha sido oxidado por reacciones con la atmósfera.

Dado que la atmósfera, incluso hoy, contiene cantidades significativas de dióxido de carbono y agua, hay una fuente de oxígeno fácilmente disponible para oxidar cualquier material rico en hierro que llegue a la superficie: donde entra en contacto con la atmósfera.

Como resultado, cuando miramos un mapa de óxido férrico de Marte, nuevamente,  hecho por el fabuloso instrumento OMEGA a bordo del Mars Express de la ESA,  encontramos que sí, los óxidos férricos están en todas partes, pero las abundancias son más altas en el norte y el medio. latitudes, y las más bajas en las latitudes del sur.

Este mapa, elaborado por el instrumento OMEGA del Mars Express de la ESA, traza la distribución de los óxidos férricos, una fase mineral del hierro, en la superficie de Marte. Los óxidos férricos (un óxido de hierro) están presentes en todas partes del planeta: dentro de la corteza a granel, la lava sale y el polvo oxidado por reacciones químicas con la atmósfera marciana. Los colores más azules representan una menor abundancia de óxido férrico; los colores más rojos son más altos. (Crédito: ESA / CNES / CNRS / IAS / Universite Paris-Sud, Orsay; Antecedentes: NASA MOLA)

Por otro lado, la topografía de Marte muestra que la elevación del planeta rojo varía de una manera interesante a lo largo de su superficie, y de una manera que solo se correlaciona parcialmente con la abundancia de óxidos férricos. El hemisferio sur, predominantemente, se encuentra a una altura mucho mayor que las tierras bajas del norte. Las mayores elevaciones ocurren en la región de Tharsis rica en óxido férrico, pero en las tierras bajas al este de la misma, la abundancia de óxidos férricos se desploma.

Lo que debe darse cuenta es que la forma de hematita roja del óxido férrico, que posiblemente sea la culpable del «enrojecimiento» de Marte, no es la única forma de óxido férrico. También está la magnetita: Fe 3 O 4 , que es de color negro en lugar de rojo. Aunque la topografía global de Marte parece jugar un papel en la abundancia de óxido férrico, claramente no es el único factor en juego, y puede que ni siquiera sea el factor principal para determinar el color de Marte.

El instrumento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), parte de Mars Global Surveyor, recopiló más de 200 millones de mediciones de altímetro láser para construir este mapa topográfico de Marte. La región de Tharsis, en el centro a la izquierda, es la región de mayor elevación del planeta, mientras que las tierras bajas aparecen en azul. Tenga en cuenta la elevación mucho más baja del hemisferio norte en comparación con el sur. (Crédito: Equipo Mars Global Surveyor MOLA)

Lo que creemos que está ocurriendo, y esta ha sido una imagen constante durante muchos años, es que hay un conjunto de polvo brillante, globalmente distribuido y globalmente homogéneo que es arrastrado a la atmósfera y permanece allí. Ese polvo está básicamente suspendido en la fina atmósfera marciana, y aunque eventos como las tormentas de polvo pueden aumentar la concentración, nunca cae a un valor insignificante. La atmósfera de Marte siempre es rica en este polvo; que el polvo proporciona el color de la atmósfera; pero las características de color de la superficie de Marte no son uniformes en absoluto.

La «sedimentación del polvo atmosférico» es solo un factor para determinar el color de la superficie de varias regiones de Marte. Esto es algo que hemos aprendido muy bien de nuestros módulos de aterrizaje y vehículos exploradores: Marte no tiene un color rojo uniforme en absoluto. De hecho, la superficie en sí es más de un  tono anaranjado de caramelo en  general, y varios objetos rocosos y depósitos en la superficie parecen tener una variedad de colores: marrón, dorado, tostado e incluso verdoso o amarillo, según los minerales. compensar esos depósitos.

Esta imagen, tomada por Mars Pathfinder de su rover Sojourner, muestra una variedad de colores. Las ruedas del rover son rojizas debido a la hematita marciana; el suelo alterado es mucho más oscuro debajo. Se pueden ver rocas de una variedad de colores intrínsecos, pero también se puede ver claramente el papel que juega el ángulo de la luz solar. (Crédito: NASA / Mars Pathfinder)

Una pregunta que aún se está investigando es el mecanismo exacto por el cual se forman estas partículas rojas de hematita. Aunque hay muchas ideas que involucran al oxígeno molecular, solo se encuentra en pequeñas cantidades traza de la fotodisociación del agua. Son posibles reacciones que involucran agua o altas temperaturas, pero son termodinámicamente desfavorecidas.

Mis dos posibilidades favoritas son las reacciones que involucran peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), que ocurre naturalmente en Marte en poca abundancia, pero es un oxidante muy fuerte. El hecho de que veamos grandes cantidades de α-Fe 2 O  pero ningún mineral de hierro férrico hidratado podría ser una indicación de esta vía.

Alternativamente, podríamos obtener hematita simplemente de  un proceso puramente físico : erosión. Si mezcla polvo de magnetita, arena de cuarzo y polvo de cuarzo y lo coloca en un matraz, parte de la magnetita se convierte en hematita. En particular, una mezcla «negra» (dominada por magnetita) aparecerá roja, ya que el cuarzo se fractura, exponiendo átomos de oxígeno, que se adhieren a los enlaces de magnetita rotos, formando hematita. Quizás, después de todo, la noción de que «el agua es responsable de los óxidos férricos» es una pista falsa.

El inicio de la tormenta de polvo de 2018 que llevó a la desaparición del rover Opportunity de la NASA. Incluso a partir de este mapa burdo, está claro que el polvo es de color rojo y enrojece severamente la atmósfera a medida que mayores proporciones de polvo se suspenden en la atmósfera marciana. (Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS)

Entonces, en general, Marte es rojo debido a la hematita, que es una forma roja de óxido férrico. Aunque los óxidos férricos se encuentran en muchos lugares, solo la hematita es en gran parte responsable del color rojo, y las pequeñas partículas de polvo que están suspendidas en la atmósfera y que recubren los primeros milímetros a metros de la superficie de Marte son totalmente responsables de la color rojo que vemos.

Si de alguna manera pudiéramos calmar la atmósfera durante largos períodos de tiempo y dejar que el polvo marciano se asentara, cabría esperar que la dispersión de Rayleigh dominaría como lo hace en la Tierra, volviendo los cielos azules. Sin embargo, esto es sólo parcialmente correcto; debido a que la atmósfera marciana es tan fina y tenue, el cielo parecería muy oscuro: casi completamente negro, con un ligero tinte azulado. Si pudiera bloquear con éxito el brillo proveniente de la superficie del planeta, probablemente podría ver algunas estrellas y hasta seis planetas (Mercurio, Venus, Tierra, Júpiter, Saturno y, a veces, Urano) incluso durante el día.

Marte podría ser el planeta rojo, pero solo una pequeña y minúscula cantidad es realmente rojo. Afortunadamente para nosotros, esa parte roja es la capa más externa de su superficie, omnipresente en la atmósfera marciana, y eso explica el color que realmente percibimos.

(Este artículo se ha vuelto a publicar a principios de 2021 como parte de una serie de «lo mejor de 2021» que se extenderá desde la víspera de Navidad hasta el Año Nuevo. Felices vacaciones a todos).

Fuente: BIG THINK

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