Investigando las atmósferas de los planetas interiores - Miguel Ángel López Valverde Dpto. Sistema Solar Instituto de Astrofísica de ...
←
→
Transcripción del contenido de la página
Si su navegador no muestra la página correctamente, lea el contenido de la página a continuación
Investigando las atmósferas de los planetas
interiores
Miguel Ángel López Valverde
Dpto. Sistema Solar
Instituto de Astrofísica de Andalucía(IAA-CSIC)
valverde@iaa.esCiencias Planetarias Salamanca 2004
En el fondo, los científicos somos gente con suerte:
podemos jugar a lo que queramos durante toda la vida
Lee Smolin
102Ciencias Planetarias Salamanca 2004
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 exos fera
(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.
103Ciencias Planetarias Salamanca 2004
Nubes mesosferitas en Venus. Desarrollo de una tormenta de polvo en Marte
mostrando rotación retrógrada
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
104Ciencias Planetarias Salamanca 2004
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
105Ciencias Planetarias Salamanca 2004
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,
4. El vapor del agua en la atmósfera de Marte y la estabilidad de las
capas 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.
106También puede leer
