La triboluminiscencia por saltación como mecanismo de retirada del metano atmosférico en Marte

Por Francisco R. Villatoro, el 12 julio, 2019. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science

No hay metano en la alta atmósfera de Marte según ExoMars TGO (Trace Gas Orbiter) de la ESA; al menos entre 5 y 25 km sobre la superficie. Sin embargo, el rover Curiosity (MSL, Mars Science Laboratory) ha observado metano en la superficie del cráter Gale; al menos 7 ppbv (partes por millardo por volumen) sobre un fondo de ~0.4 ppbv. Un mecanismo de retirada de metano de la baja atmósfera podría ser la solución al misterio. Se publican en Icarus experimentos que apuntan a un efecto inducido por el viento, la triboluminiscencia por saltación. Si la saltación tiene energía suficiente ionizar el argón, también puede ionizar el metano. Para confirmar esta explicación se requieren fotografías nocturnas en noches ventosas tomadas con las cámaras de Curiosity, o de futuros rovers marcianos. No creo que se tarde mucho en obtenerlas.

La triboluminiscencia es la emisión de luz inducida por esfuerzos mecánicos en un material, por ejemplo, la fricción entre ganos de regolito marciano provocada por el viento. La fricción transfiere carga de unos granos a otros, creando una diferencia de potencial que puede ionizar el argón Ar en Ar+. La atmósfera de Marte es similar a la terrestre, pero tiene 1.9 veces más argón. En los experimentos de saltación se han usado granos de basalto de olivino, plagioclasa, augita y cuarzo dentro en una ampolla con una atmósfera similar a la marciana. Se observa triboluminiscencia azulada, entre 400 y 500 nm, cuyas líneas espectrales corresponden al Ar+ (también se observa luz rojiza entre 700 y 1000 nm, cuyas líneas espectrales están asociada a la emisión del Ar). Como la energía de ionización del Ar es mayor que la del metano, el proceso de saltación en la baja atmósfera marciana puede producir sustancias como CH4+, CH3, CH2, y CH; como son muy reactivas, permiten explicar la retirada del metano.

Ahora solo queda que esta nueva hipótesis sea confirmada, o desmentida, por las observaciones en Marte. El artículo es Jan Thøgersen, Ebbe NorskovBak, …, Svend J. Knak Jensen, “Light on windy nights on Mars: A study of saltation-mediated ionization of argon in a Mars-like atmosphere,” Icarus 332: 14-18 (01 Nov 2019), doi: 10.1016/j.icarus.2019.06.025.

Los materiales emiten luz visible mediante incandescencia (cuando son calentados) y mediante luminiscencia (por otros mecanismos). En la luminiscencia alguna fuente de energía hace que los electrones de algunos átomos salten del nivel fundamental a un nivel excitado, decayendo más tarde con emisión de luz; será luz visible cuando la energía de los fotones esté entre 1.65 eV, para el rojo a 750 nm, y 3.1 eV, para el violeta a 400 nm. Hay muchos tipos de luminiscencia, según su origen, fotoluminiscencia, termoluminiscencia, electroluminiscencia, cristaloluminiscencia, quimioluminiscencia y triboluminiscencia. En esta última la causa es la fricción y otros esfuerzos mecánicos (como fracturas, deformaciones elásticas o plásticas, o incluso piezoelectricidad).

El brillo asociado a la triboluminiscencia cerca de la superficie de Marte es difícil de observar. En los experimentos de laboratorio se ha usado una cámara fotográfica digital estándar con una lente de 25 mm a ISO 25600, una apertura de f/1.8 y tiempo de exposición de 20 segundos; la cámara estaba situada a una distancia de 50 cm de la ampolla. Las fotografías se han acompañado de espectros obtenidos como un espectrómetro de laboratorio. Se estima que la luz detectada con la cámara es una pequeña fracción (<1%) de la luz emitida por las ampollas.

¿Se puede observar la triboluminiscencia en Marte? El rover Curiosity está equipado con dos cámaras de mástil (Mastcams) con una amplia respuesta espectral de 300 nm a 1100 nm, y varios filtros paso banda. Sin filtros, estas cámaras podrían detectar la triboluminiscencia debida a la saltación durante las noches marcianas en lugares donde corra el viento con fuerza contra una pendiente o pared una pronunciada. Por supuesto, no es fácil realizar este experimento, pero ayudará mucho que la baja temperatura de Marte, que las cámaras de Curiosity alcanzan tiempos de exposición de 14 minutos y que su sensibilidad es mejor que la de una cámara fotográfica estándar. Pero también hay inconvenientes, siendo el más grande que la velocidad del viento simulado en el experimento de laboratorio es mucho más alta que se suele observar en Marte. .

En resumen, una explicación razonable a la retirada del metano en la baja atmósfera marciana que deberá ser contrastada con observaciones in situ. Casi seguro que ya hay científicos de Curiosity tratando de lograrlo. Supongo que los que trabajan en Mars 2020 y ExoMars también estarán en ello. Pronto tendremos nuevas noticias sobre el metano en Marte, no sobre su posible origen biológico, sino sobre por qué no se observa en la alta atmósfera.



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