La atmósfera y el clima de Marte están influenciados por las interacciones con el viento solar, un flujo de plasma compuesto de protones y electrones que emana de la atmósfera exterior del sol, conocida como corona, y que viaja a velocidades que oscilan entre 400 y 1.000 kilómetros por segundo. Este fenómeno, que en la Tierra da lugar a espectaculares auroras en las regiones polares, en Marte se manifiesta de manera diferente debido a la ausencia de un campo magnético global, provocando auroras difusas a lo largo del planeta.
Sin embargo, en ocasiones, este viento solar puede «desaparecer» en eventos raros, cuando se produce un vacío en su trayectoria debido a un aumento de la actividad solar. Este fenómeno ocurre cuando una porción más rápida del viento solar supera a una más lenta en una región de interacción corrotante, creando un vacío de menor densidad en el camino del viento solar.
Investigación sobre el viento solar desaparecido en Marte
Este fenómeno fue observado durante tres días en diciembre de 2022, en el marco de la misión MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN) de la NASA. La falta de viento solar provocó que la atmósfera y la magnetosfera de Marte se expandieran miles de kilómetros, triplicando su tamaño, y generando una onda de choque supersónica alrededor del planeta, conocida como «bow shock».
Un reciente estudio, publicado en la revista Geophysical Research Letters, ha analizado los efectos de esta actividad solar reducida. El profesor Sumanta Sarkhel y el investigador de doctorado Lot Ram, del Instituto Indio de Tecnología de Roorkee, junto con el Dr. Diptiranjan Rout del Laboratorio Nacional de Investigación Atmosférica de India, utilizaron datos del Analizador de Iones del Viento Solar, el Magnetómetro, el Sensor de Langmuir y el Espectrómetro de Masa de Iones a bordo de la nave MAVEN para explorar las densidades de electrones e iones en Marte durante este evento.
Los investigadores hallaron que el lado del planeta opuesto al sol, su «nightside», experimentó un aumento en la densidad de plasma en la ionosfera a altitudes de entre 200 y 280 kilómetros, alcanzando niveles 2.5 veces mayores a los que se observan en condiciones normales. Este aumento se debe a un incremento de hasta dos órdenes de magnitud en la presión ionosférica en comparación con la presión magnética y dinámica del viento solar.
Durante este evento, el número de electrones e iones en la ionosfera creció 2.5 y 10 veces respectivamente, aunque los iones individuales mostraron aumentos variables, desde un incremento de 10 veces para el ion N+ hasta 67 veces para el ion O+.
Los científicos sugieren que las causas de esta mayor densidad de plasma pueden estar relacionadas con la expansión desde la ionosfera inferior hacia la superior debido a diferencias de presión, así como con un incremento en el transporte de plasma desde el lado diurno de Marte al nocturno. Además, es necesario realizar más investigaciones para comprender el papel de las topologías del campo magnético, que se refiere a la estructura, conectividad y fuerza de las líneas de campo magnético en la interacción del plasma con la superficie marciana.
El profesor Sarkhel señala que el comportamiento del plasma en un lazo magnético cerrado atrapa el plasma dentro de este, lo que significa que no se pierde plasma atmosférico al espacio. En un lazo abierto, el plasma marciano puede escapar a través del campo magnético o plasma del viento solar puede ingresar a la atmósfera marciana, alterando así su dinámica atmosférica.
En el escenario de bucle drapeado, el campo magnético del viento solar puede envolver el planeta y magnetizar la ionosfera, lo que permite que iones y electrones se integren en el campo del viento solar y que el plasma escape del planeta. En regiones con un campo magnético más fuerte, el plasma se une más a los lazos magnéticos, mientras que en regiones más débiles, la unión es menor.
Comprender los efectos de los eventos de desaparición del viento solar es esencial no solo para ampliar nuestro conocimiento sobre las interacciones del viento solar con el entorno y la superficie de Marte, sino también para la exploración humana, ya que podría requerir ajustes en la órbita de las naves espaciales para tener en cuenta un aumento de la resistencia por el denso plasma, lo que es crucial para el éxito de cualquier misión.
La investigación sobre el viento solar desaparecido surge de su profundo impacto en un planeta desprovisto de magnetismo como Marte, lo que a su vez ayuda a entender su evolución climática y la pérdida atmosférica a lo largo del tiempo. La expansión del sistema magnetosfera-ionosfera puede derivar en la pérdida de atmósfera y en una interacción aumentada con la radiación solar o los rayos cósmicos. Esta expansión también incrementa la resistencia a los satélites en órbita tanto baja como alta. Por ejemplo, en 2022, SpaceX perdió 40 satélites en órbita terrestre baja un día después de su lanzamiento debido a un aumento de la densidad a altitudes ionosféricas durante una tormenta geomagnética.
Por lo tanto, entender el clima espacial planetario durante períodos de calma solar (o eventos de desaparición del viento solar) y durante tormentas es crucial para el futuro de los satélites planetarios y la exploración, tanto para la seguridad de los robots como de los astronautas. Eventualmente, este conocimiento podría ser útil para evaluar la habitabilidad de Marte.
