¿Por qué dejó Marte de tener condiciones habitables?
Como contamos en una entrada anterior del blog: En algún momento Marte tuvo ríos y lagos con agua líquida, como así sugieren las imágenes obtenidas por todo tipo de sondas.
Además su atmósfera era mucho más densa y posiblemente podría proteger de la dañina radiación ultravioleta, como así indican los estudios sobre meteoritos de origen marciano.
Y no solo eso, sino que posiblemente había un campo magnético que protegía al planeta de la radiación cósmica.
¿Cómo se jodió todo esto?
Pues, para el caso de los planetas, el tamaño importa.
O parafraseando a Telepizza: el secreto está en la masa.
En un planeta pequeño, como Marte, su interior se enfría mucho más rápido que el de la Tierra y en un planeta con el interior frío no hay corrientes que convención que puedan generar un campo magnético, no hay actividad geológica que pueda liberar gases de efecto invernadero a la atmósfera y es mucho más difícil que la gravedad retenga la atmósfera existente.
Sin masa suficiente no hay campo magnético, ni presión atmosférica, ni agua liquida ni na.
Lo siento Marte, la tienes muy pequeña (la masa me refiero).
O parafraseando a Telepizza: el secreto está en la masa.
En un planeta pequeño, como Marte, su interior se enfría mucho más rápido que el de la Tierra y en un planeta con el interior frío no hay corrientes que convención que puedan generar un campo magnético, no hay actividad geológica que pueda liberar gases de efecto invernadero a la atmósfera y es mucho más difícil que la gravedad retenga la atmósfera existente.
Sin masa suficiente no hay campo magnético, ni presión atmosférica, ni agua liquida ni na.
Lo siento Marte, la tienes muy pequeña (la masa me refiero).
¿Cómo perdió Marte su campo Magnético?
El núcleo de la Tierra contiene un fluido conductor (hierro fundido) y cuando este fluido se mueve de la forma correcta, puede funcionar como un dínamo (como el que da luz a las bicicletas) y generar un campo magnético.
Las mediciones obtenidas mediante satélites orbitando Marte, como la Mars Global Surveyor, muestran que la corteza de Marte está magnetizada, osea que cuando se formó la corteza, hace miles de millones de años, Marte tenía un campo magnético. Esto lo contamos con algunos dibujitos en una entrada anterior.
La situación ahora es muy diferente y los científicos tienen varias teorías.
Una de ellas es que Marte, al ser tan pequeño (tiene la décima parte de la Masa de la Tierra) se enfrió rápidamente y las corrientes de convención dejaron de circular, acabando así con el campo magnético.
Otra teoría, sugiere que Marte pudo perder su campo magnético durante el "Bombardeo Intenso Tardío", un período ocurrido entre 3800 y 4100 millones de años, en el que la Tierra, Mercurio, Venus, la Luna y Marte sufrieron el impacto de miles de asteroides, algunos de cientos de kilómetros.
Durante ese periodo, una gran colisión pudo haber calentado el manto de Marte y haber acabado con las corrientes de convección que generan el campo magnético. Las corrientes de convención circulan entre una zona inferior caliente y una zona superior fría. Si el manto se calentó con una gran colisión, las corrientes dejaron de circular. Así se acabó con el campo magnético y también con la actividad de los volcanes, que podían liberar grandes cantidades de gases de efecto invernadero.
La Tierra también sufrió ese bombardeo, pero al ser mucho mayor, pudo soportar los impactos sin grandes alteraciones en sus corrientes de convección. También se cree que gran parte del agua en de la Tierra vino en cometas durante ese periodo. Así que a nivel astronómico también pasa eso de "nunca llueve a gusto de todos".
A la Tierra nos toco agua y a Marte, posiblemente agua también, pero puede que también una ostia cataclísmica.
Las mediciones obtenidas mediante satélites orbitando Marte, como la Mars Global Surveyor, muestran que la corteza de Marte está magnetizada, osea que cuando se formó la corteza, hace miles de millones de años, Marte tenía un campo magnético. Esto lo contamos con algunos dibujitos en una entrada anterior.
La situación ahora es muy diferente y los científicos tienen varias teorías.
Una de ellas es que Marte, al ser tan pequeño (tiene la décima parte de la Masa de la Tierra) se enfrió rápidamente y las corrientes de convención dejaron de circular, acabando así con el campo magnético.
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| Masa de la Tierra vs masa de Marte https://www.slideshare.net/erkintas/earth-vs-mars |
Otra teoría, sugiere que Marte pudo perder su campo magnético durante el "Bombardeo Intenso Tardío", un período ocurrido entre 3800 y 4100 millones de años, en el que la Tierra, Mercurio, Venus, la Luna y Marte sufrieron el impacto de miles de asteroides, algunos de cientos de kilómetros.
Durante ese periodo, una gran colisión pudo haber calentado el manto de Marte y haber acabado con las corrientes de convección que generan el campo magnético. Las corrientes de convención circulan entre una zona inferior caliente y una zona superior fría. Si el manto se calentó con una gran colisión, las corrientes dejaron de circular. Así se acabó con el campo magnético y también con la actividad de los volcanes, que podían liberar grandes cantidades de gases de efecto invernadero.
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| La cuenca utopía, con un diámetro de 3.300 kms, puede ser el lugar de impacto del meteorito que se cargó el campo magnético marciano. Es la zona azul oscura en las coordenadas 30º (vertical), 120º horizontal. |
A la Tierra nos toco agua y a Marte, posiblemente agua también, pero puede que también una ostia cataclísmica.
¿Cómo perdió Marte su atmósfera?
Los gases de la atmósfera se pierden en un proceso llamado "escape atmosférico". En este proceso los gases se pierden en el espacio exterior, se piran y nunca vuelven.
Los mecanismos por lo que una partícula puede escapar de la atmósfera y perderse para siempre son de varios tipos, pero en todos los casos ocurre cuando esta partícula supera la velocidad de escape de dicho planeta.
La velocidad necesaria para escapar de un cuerpo es directamente proporcional de la masa del cuerpo del que se quiere escapar, es decir, a más masa es necesaria más velocidad.
Es más fácil escapar de la Luna que de la Tierra, porque la Tierra tiene mucha más masa.
Y la velocidad de escape es inversamente proporcional de la distancia hasta el centro del cuerpo, o lo que es lo mismo, la velocidad de escape disminuye con la altura. Un gas que esté arriba en la atmósfera necesita menos velocidad que uno a ras de suelo.
La velocidad de escape de los cuerpos celestes varía, por ejemplo son 2.38 km/s en la Luna, 5.03 km/s en Marte, 11.19 km/s en la Tierra y 59.5 km/s en Júpiter.
Como vemos, esta velocidad es muy alta, estamos hablando de varios kilómetros por segundo, es muy complicado construir naves y cohetes para que superen esta velocidad, pero en el caso de los gases es distinto.
En un gas, las distintas partículas se encuentra moviéndose en todas las direcciones, estas partículas chocan entre ellas aleatoriamente de manera que pueden ganar o perder velocidad. La velocidad media de las partículas de un gas depende de la temperatura, dado que a mayor temperatura mayor agitación. La velocidad de las partículas no es uniforme, sino que sigue la llamada distribución de Maxwell, al tratarse de colisiones aleatorias, algunas de las partículas pueden tener velocidades mucho mayores).
En la figura, se muestra las distribuciones de velocidad de 3 gases distintos, se ve como el gas que está a mayor velocidad es el hidrógeno, en azul, porque es también el más ligero. Las moléculas de Hidrógeno 2 se escaparán más fácil que las de helio y las de helio más fácil que las de Neón 2.
Los planetas debido a su masa son capaces de retener distintos tipos de gases. Aquellos gases con una mayor velocidad sólo se retienen en planetas grandes. No en vano Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno se llaman gigantes gaseosos, porque retienen muchos gases (Más que después de comer un cocido maragato).
Vemos en la figura que algunos gases como el vapor de agua o el metano, que producen efecto invernadero, que si que son retenidos por la Tierra o Venus, no pueden ser retenidos por Marte. Así que si la actividad volcánica desaparece y se deja de emitir metano, con el tiempo se acaba, se pierde en el espacio.
Como hemos visto, hay una serie de gases que escapan de la atmósfera de Marte, principalmente debido a que Marte es muy pequeño.
Pero en Marte, la mayor parte de los gases se pierden por culpa de la falta de campo magnético.
El viento solar está formado principalmente por electrones, protones y partículas alpha. Estas partículas están cargadas eléctricamente, así que pueden ser repelidas por un campo magnético, como el de la Tierra.
En Marte, al no haber campo magnético, el viento solar literalmente "barre" las partículas de los gases marcianos. El viento solar llega con gran velocidad, choca con átomos o moléculas de gases y los lanza al espacio.
Los mecanismos por lo que una partícula puede escapar de la atmósfera y perderse para siempre son de varios tipos, pero en todos los casos ocurre cuando esta partícula supera la velocidad de escape de dicho planeta.
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| Fórmula de la velocidad de escape http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vesc.html |
La velocidad necesaria para escapar de un cuerpo es directamente proporcional de la masa del cuerpo del que se quiere escapar, es decir, a más masa es necesaria más velocidad.
Es más fácil escapar de la Luna que de la Tierra, porque la Tierra tiene mucha más masa.
Y la velocidad de escape es inversamente proporcional de la distancia hasta el centro del cuerpo, o lo que es lo mismo, la velocidad de escape disminuye con la altura. Un gas que esté arriba en la atmósfera necesita menos velocidad que uno a ras de suelo.
La velocidad de escape de los cuerpos celestes varía, por ejemplo son 2.38 km/s en la Luna, 5.03 km/s en Marte, 11.19 km/s en la Tierra y 59.5 km/s en Júpiter.
Como vemos, esta velocidad es muy alta, estamos hablando de varios kilómetros por segundo, es muy complicado construir naves y cohetes para que superen esta velocidad, pero en el caso de los gases es distinto.
En un gas, las distintas partículas se encuentra moviéndose en todas las direcciones, estas partículas chocan entre ellas aleatoriamente de manera que pueden ganar o perder velocidad. La velocidad media de las partículas de un gas depende de la temperatura, dado que a mayor temperatura mayor agitación. La velocidad de las partículas no es uniforme, sino que sigue la llamada distribución de Maxwell, al tratarse de colisiones aleatorias, algunas de las partículas pueden tener velocidades mucho mayores).
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| Distribución de velocidades de moléculas de neón, helio e hidrógeno. Entre paréntesis su masa en masas atómicas. El H2 (formado por dos átomos de hidrógeno) es la molécula más ligera y la que tiene mayor velocidad a una temperatura de 0º C. https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwell-Boltzmann-Verteilung |
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| ¿Qué gases retiene cada cuerpo celeste?. Jupiter retendría todos los gases, la Tierra o Venus todos menos hidrógeno y helio etc. Los cuerpos retienen los gases que se encuentran en la franja de su colo y todos aquellos que están más abajo en el gráfico https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape |
Los planetas debido a su masa son capaces de retener distintos tipos de gases. Aquellos gases con una mayor velocidad sólo se retienen en planetas grandes. No en vano Jupiter, Saturno, Urano y Neptuno se llaman gigantes gaseosos, porque retienen muchos gases (Más que después de comer un cocido maragato).
Vemos en la figura que algunos gases como el vapor de agua o el metano, que producen efecto invernadero, que si que son retenidos por la Tierra o Venus, no pueden ser retenidos por Marte. Así que si la actividad volcánica desaparece y se deja de emitir metano, con el tiempo se acaba, se pierde en el espacio.
Como hemos visto, hay una serie de gases que escapan de la atmósfera de Marte, principalmente debido a que Marte es muy pequeño.
Pero en Marte, la mayor parte de los gases se pierden por culpa de la falta de campo magnético.
El viento solar está formado principalmente por electrones, protones y partículas alpha. Estas partículas están cargadas eléctricamente, así que pueden ser repelidas por un campo magnético, como el de la Tierra.
En Marte, al no haber campo magnético, el viento solar literalmente "barre" las partículas de los gases marcianos. El viento solar llega con gran velocidad, choca con átomos o moléculas de gases y los lanza al espacio.
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| A la izquierda Marte, recibiendo el viento solar a casco porro, a la derecha la Tierra, toda feliz con su campo magnético protector que desvía todo el viento solar. Image credit: NASA/GSFC. |
En resumen.
Sabemos que Marte tenía ríos, lagos y una atmósfera más densa.
Al ser un planeta más pequeño que la tierra su núcleo se enfrió hace millones de años. Dejó de existir actividad geológica y sus volcanes dejaron de emitir gases de efecto invernadero.
Muchos de estos gases son tan volátiles que escapan de la atmósfera marciana debido a la poca gravedad del planeta rojo. En cuanto se detuvo la actividad geológica y se pararon las corrientes de convección en el manto de Marte también desapareció el campo magnético.
El campo magnético protegía a Marte del viento solar, sin este, el viento solar "sopló" la mayor parte de los gases de la atmósfera marciana y se perdieron para siempre en el espacio.
Como vemos, la habitabilidad de un planeta no es algo eterno. La tierra podría dejar de ser algún día habitable. Puede que sea por nuestra culpa o puede que sea por un evento cósmico. Sea como sea, espero que hasta ese día que nada ni nadie os impida ser felices y que hagáis muchas visitas a este blog jeje.
Al ser un planeta más pequeño que la tierra su núcleo se enfrió hace millones de años. Dejó de existir actividad geológica y sus volcanes dejaron de emitir gases de efecto invernadero.
Muchos de estos gases son tan volátiles que escapan de la atmósfera marciana debido a la poca gravedad del planeta rojo. En cuanto se detuvo la actividad geológica y se pararon las corrientes de convección en el manto de Marte también desapareció el campo magnético.
El campo magnético protegía a Marte del viento solar, sin este, el viento solar "sopló" la mayor parte de los gases de la atmósfera marciana y se perdieron para siempre en el espacio.
Como vemos, la habitabilidad de un planeta no es algo eterno. La tierra podría dejar de ser algún día habitable. Puede que sea por nuestra culpa o puede que sea por un evento cósmico. Sea como sea, espero que hasta ese día que nada ni nadie os impida ser felices y que hagáis muchas visitas a este blog jeje.
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Referencias
Arkani-Hamed, J. (2018). The History of the Core Dynamos of Mars and the Moon Inferred From Their Crustal Magnetization: A Brief Review. Canadian Journal of Earth Sciences, (ja).Catling, D. C., & Zahnle, K. J. (2009). The planetary air leak. Scientific American, 300(5), 36-43.
Wikipedia contributors. (2019, October 15). Atmospheric escape. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 13:03, November 2, 2019, from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atmospheric_escape&oldid=921355007
https://www.lavanguardia.com/ciencia/fisica-espacio/20171030/432483384732/preguntas-big-vang-por-que-gases-atmosfera-no-se-pierden-espacio.html
https://www.sciencemag.org/news/2009/04/did-marss-magnetic-field-die-whimper-or-bang
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/mars-gravity-map
