Podríamos saber por qué Marte perdió su campo magnético

Podríamos saber por qué Marte perdió su campo magnético

Marte es un planeta reseco gobernado por tormentas de polvo globales. También es un mundo gélido, donde las temperaturas invernales nocturnas caen a -140 C (-220 F) en los polos. Pero no siempre fue un páramo seco, árido, helado e inhóspito. Solía ​​ser un lugar cálido, húmedo, casi acogedor, donde el agua líquida fluía por la superficie, llenando lagos, tallando canales y dejando deltas de sedimentos.

Pero luego perdió su campo magnético y, sin la protección que brindaba, el Sol despojó a la atmósfera del planeta. Sin su atmósfera, el agua fue la siguiente. Ahora Marte es el Marte que siempre hemos conocido: un lugar que solo los rovers robóticos encuentran hospitalario.

¿Cómo exactamente perdió su escudo magnético? Los científicos han estado desconcertados por eso durante mucho tiempo.

Un escudo magnético es fundamental para preservar la atmósfera y la habitabilidad de la Tierra. Sin él, la Tierra se parecería a Marte. Pero la Tierra mantuvo su protección y Marte no. Entonces, la Tierra está «rebosante de vida», como dijo Carl Sagan, mientras que Marte probablemente esté completamente desprovisto de vida. Marte tiene un remanente débil de un campo magnético que emana de su corteza, pero es un fenómeno débil que brinda poca protección.

La pérdida de su magnetosfera fue catastrófica para Marte. ¿Como paso?

Un nuevo estudio publicado en Nature Communications intenta responder a esa pregunta, como muchos estudios anteriores. El título es «Estratificación en núcleos planetarios por inmiscibilidad líquida en Fe-SH». Los autores principales son el profesor Kei Hirose del Departamento de Ciencias Planetarias y de la Tierra de la Universidad de Tokio y Ph.D. estudiante Shunpei Yokoo en el laboratorio de Hirose.

El núcleo de la Tierra crea un efecto magneto que genera los campos magnéticos de nuestro planeta. Hay un núcleo interno sólido y un núcleo líquido externo. El calor fluye del núcleo interno al núcleo externo, generando corrientes convectivas en el núcleo líquido externo. Las corrientes convectivas fluyen en patrones generados por la rotación del planeta, el núcleo interno y el efecto Coriolis. Esto crea la magnetosfera del planeta.

Este esquema ilustra la relación entre el movimiento del fluido, organizado en rollos por la fuerza de Coriolis, y el campo magnético que genera los movimientos. Crédito de imagen: por Andrew Z. Colvin – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=98901558

La magnetosfera envuelve a la Tierra como una manta protectora. El viento solar del Sol golpea la magnetosfera, y la magnetosfera lo obliga a fluir alrededor del planeta en lugar de alcanzar la atmósfera o la superficie. La magnetosfera no es una esfera: el viento solar mueve la magnetosfera en una forma asimétrica. La magnetosfera evita que el viento solar destruya la atmósfera de la Tierra. Sin él, la Tierra estaría seca, muerta y estéril, como Marte.

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La magnetosfera de la Tierra no es una esfera en absoluto. El viento solar lo deforma en una forma asimétrica. Crédito de la imagen: NASA

Entonces, ¿qué pasó con Marte?

«El campo magnético de la Tierra es impulsado por corrientes de convección increíblemente grandes de metales fundidos en su núcleo. Se cree que los campos magnéticos en otros planetas funcionan de la misma manera”, dijo el profesor Hirose en un comunicado de prensa. «Aunque aún no se conoce la composición interna de Marte, la evidencia de los meteoritos sugiere que es hierro fundido enriquecido con azufre. Además, las lecturas sísmicas de la sonda InSIGHT de la NASA en la superficie nos dicen que el núcleo de Marte es más grande y menos denso de lo que se pensaba anteriormente. Estas cosas implican la presencia de elementos más ligeros adicionales como el hidrógeno”.

de la NASA Módulo de aterrizaje InSIGHT luchó para cumplir con todos sus objetivos científicos. Pero ha reunido algunas pruebas críticas sobre la estructura interior de Marte. Si los resultados de InSight son correctos, y si el hidrógeno implícito está ahí, hay una base para experimentos que podrían revelar más sobre el escudo magnético perdido de Marte. “Con este detalle, preparamos aleaciones de hierro que esperamos que constituyan el núcleo y las sometemos a experimentos”, dijo Hirose.

Experimentos anteriores investigaron el comportamiento de los núcleos planetarios a diferentes presiones y temperaturas. Pero no se centraron en el hidrógeno. “Teorías recientes de formación de planetas que demuestran que se entregó una gran cantidad de agua tanto a Marte como a la Tierra durante sus acumulaciones, lo que sugiere que el hidrógeno es posiblemente un elemento ligero importante en el núcleo”, explican los autores en su artículo. «A pesar de su importancia, hasta ahora el sistema Fe-SH ha sido poco investigado a altas presiones».

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Esta imagen es una visualización científica de las corrientes electromagnéticas alrededor de marzo.  Estas son corrientes remanentes del magnetismo sobrante en la corteza de Marte.  Son demasiado débiles para proteger a Marte del viento solar.  Crédito: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr
Esta imagen es una visualización científica de las corrientes electromagnéticas alrededor de marzo. Estas son corrientes remanentes del magnetismo sobrante en la corteza de Marte. Son demasiado débiles para proteger a Marte del viento solar. Crédito: NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr

Pero si los datos de InSight son correctos, el hidrógeno en el núcleo Fe-SH podría desempeñar un papel en el colapso del campo magnético de Marte.

Los investigadores prepararon una muestra de material que coincide con lo que creen que estuvo compuesto alguna vez el núcleo de Marte. Contenía hierro, azufre e hidrógeno—Fe-SH. Colocaron la muestra en un dispositivo llamado yunque de diamante o celda de yunque de diamante (DAC). Un yunque de diamante comprime las muestras entre dos pequeñas placas de diamante. Los diamantes pueden soportar presiones extremas dentro del yunque porque están forjados bajo presiones extremas en las profundidades de la Tierra.

Este esquema muestra cómo funciona una celda de yunque de diamante.  Las muestras diminutas de material entre un par de celdas de diamante están sujetas a presiones extremas.  En este esquema, el rubí sirve como material de referencia, ya que se conoce su comportamiento bajo presión extrema.  Crédito de imagen: por Tobias1984: esta imagen vectorial no especificada por W3C se creó con Inkscape., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19419201
Este esquema muestra cómo funciona una celda de yunque de diamante. Un par de celdas de diamante someten las diminutas muestras de material a presiones extremas. En este esquema el rubí sirve como material de referencia ya que se conoce su comportamiento bajo intensa presión. Crédito de imagen: por Tobias1984 – CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19419201

El DAC puede someter muestras microscópicas a presiones de cientos de gigapascales. Un láser calentó la muestra para que las condiciones simularan el núcleo de Marte. A medida que el equipo sometió la muestra a temperaturas y presiones más altas, la observaron con rayos X y haces de electrones para rastrear los cambios en el material. La muestra de Fe-SH no solo se derritió, sino que también cambió su composición.

Los resultados del experimento se centran en la idea de miscibilidad. Cuando los materiales se suman y crean una mezcla homogénea, son miscibles. Cuando los materiales se suman y no forman una mezcla homogénea, son inmiscibles. La inmiscibilidad de Fe-S-H a altas temperaturas y presiones desempeñó un papel importante en la historia planetaria marciana.

“Nos sorprendió mucho ver un comportamiento particular que podría explicar muchas cosas”, dijo el profesor Hirose en un comunicado de prensa. «El Fe-SH inicialmente homogéneo se separó en dos líquidos distintos con un nivel de complejidad que no se había visto antes bajo este tipo de presiones», dijo Hirose. «Uno de los líquidos de hierro era rico en azufre, el otro rico en hidrógeno, y esto es clave para explicar el nacimiento y la eventual muerte del campo magnético alrededor de Marte».

Esta imagen de microsonda electrónica del documento muestra cómo se comportaron los dos líquidos bajo condiciones extremas de presión y temperatura como las del interior del núcleo de Marte.  Los dos líquidos de aleación de hierro tienen texturas extrañas y son inmiscibles.  Crédito de la imagen: Yokoo et al.  2022.
Esta imagen de microsonda electrónica del documento muestra cómo se comportaron los dos líquidos en condiciones de presión y temperatura extremas como las del interior del núcleo de Marte. Los dos líquidos de aleación de hierro tienen texturas extrañas y son inmiscibles. Crédito de la imagen: Yokoo et al. 2022.

Hirose y su equipo creen que, inicialmente, dos líquidos inmiscibles se separaron en el núcleo de Marte. “Mientras que los líquidos más densos separados permanecieron en la parte más profunda, los líquidos más ligeros migraron hacia arriba y se mezclaron con el núcleo líquido a granel, lo que podría impulsar la convección del núcleo marciano”, escriben. Pero en la región donde se separaron los dos líquidos, sucedió algo más. “Al mismo tiempo, la estratificación composicional gravitacionalmente estable debería haberse desarrollado en una región donde tuvo lugar la separación de líquidos. Eventualmente, todo el núcleo de Marte se estratificó, lo que cesó la convección”.

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Esta figura del artículo muestra cómo el núcleo de Marte y el núcleo de la Tierra comenzaron de manera similar y luego cambiaron con el tiempo.  El núcleo marciano se volvió inmiscible desde el centro hacia afuera, lo que provocó la estratificación y el cese de la convección.  Sin conexión, no hay escudo magnético.  El núcleo de la Tierra es diferente y nuestro planeta todavía tiene un escudo magnético.  Crédito de la imagen: Yokoo et al.  2022.
Esta figura del artículo muestra cómo el núcleo de Marte y el núcleo de la Tierra comenzaron de manera similar y luego cambiaron con el tiempo. El azul claro y el azul oscuro representan líquidos flotantes y densos, respectivamente. El núcleo marciano se volvió inmiscible desde el centro hacia afuera, lo que provocó la estratificación y el cese de la convección. Sin conexión, no hay escudo magnético. El núcleo de la Tierra es diferente al de Marte. La inmiscibilidad del núcleo líquido creó una estratificación en las capas externas, mientras que las capas internas permanecieron líquidas. El resultado es que nuestro planeta todavía tiene un escudo magnético. Crédito de la imagen: Yokoo et al. 2022.

Los científicos ya sabían cuándo cesó la convección y Marte perdió su escudo magnético. Eso sucedió hace unos 4 mil millones de años. Este estudio explica por qué terminó la convección, lo que llevó a la pérdida del escudo magnético. También explica cómo empezó. «La separación de líquidos inmiscibles ricos en S y ricos en H podría haber sido responsable tanto del inicio como de la terminación de la convección del núcleo marciano y la acción de la dínamo», escriben en su artículo.

Una vez que los dos líquidos se separaron, Marte estaba condenado. No hubo más convección, no más magnetismo, no más atmósfera, y no más agua. Se desconoce el marco de tiempo exacto, pero el resultado fue un planeta muerto.

Marte puede ser un planeta seco, frígido y sin vida.  Pero sigue siendo extrañamente cautivador e inquietante, probablemente porque sabemos que la Tierra algún día se parecerá a él.  Esta imagen de mayo de 2015 de la cámara HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA muestra una ubicación en Marte asociada con la novela más vendida y la película de Hollywood, "El marciano." Está en una región llamada Acidalia Planitia.  Créditos: NASA/JPL-Caltech/Univ.  de arizona
Marte puede ser un planeta seco, frígido y sin vida. Pero sigue siendo extrañamente cautivador e inquietante, probablemente porque sabemos que la Tierra algún día se parecerá a él. Esta imagen de mayo de 2015 de la cámara HiRISE del Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA muestra una ubicación en Marte asociada con la película más vendida de Hollywood, «The novel Martian». Está en una región llamada Acidalia Planitia. Créditos: NASA/JPL-Caltech/Univ. de arizona

Sin embargo, este es solo un estudio y no tenemos la imagen completa. “Con nuestros resultados en mente, el estudio sísmico adicional de Marte verificará que el núcleo está en capas distintas como predecimos”, dijo Hirose. “Si ese es el caso, nos ayudaría a completar la historia de cómo se formaron los planetas rocosos, incluida la Tierra, y explicar su composición”.

Sabemos que la Tierra no permanecerá habitable para siempre. En unos 5 mil millones de años, el Sol entrará en su fase de gigante roja y destruirá la Tierra. Pero nuestro escudo magnético protector tampoco durará para siempre, y estamos condenados sin él. ¿Qué pasará primero? ¿Fatalidad por pérdida de magnetosfera? ¿O la perdición de una gigante roja?

“Y podrías estar pensando que la Tierra algún día también podría perder su campo magnético, pero no te preocupes, eso no sucederá hasta dentro de al menos mil millones de años”.

Así que tenemos mil millones de años. No lo desperdiciemos.

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