El Satélite para el estudio de Gases Traza (TGO) de la misión ExoMars de la ESA ha detectado un resplandor verdoso de oxígeno en la atmósfera de Marte. Es la primera vez que se observa este tipo de emisión en un planeta distinto de la Tierra.

En la Tierra, el oxígeno resplandece durante las auroras polares, cuando los electrones cargados, procedentes del espacio interplanetario, chocan con la alta atmósfera. La emisión de luz debida al oxígeno confiere a las auroras polares su característica tonalidad verdosa. 

No obstante, la aurora no es más que una de las formas en que las atmósferas planetarias brillan. En el caso de planetas como la Tierra y Marte, la luminiscencia es constante durante el día y la noche mientras la luz solar interactúa con átomos y moléculas de la atmósfera. Los resplandores diurnos y nocturnos se deben a mecanismos algo distintos: los nocturnos se producen cuando se recombinan moléculas descompuestas, mientras que los diurnos surgen cuando la luz del Sol excita directamente átomos y moléculas como las de nitrógeno y oxígeno. 

En la Tierra, el resplandor nocturno verde es muy tenue, por lo que lo mejor es verlo de canto, tal y como muestran numerosas imágenes espectaculares tomadas por astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS). La debilidad del resplandor puede ser un problema cuando se busca alrededor de otros planetas, ya que el brillo de su superficie puede taparlo.
 
Este resplandor verdoso se ha detectado por primera vez en Marte gracias al Satélite para el estudio de Gases Traza (TGO) de ExoMars, que lleva orbitando nuestro planeta vecino desde octubre de 2016. 

“Una de las emisiones más brillantes vistas en la Tierra se debe al resplandor nocturno. Más concretamente, a los átomos de oxígeno con una longitud de onda de luz que nunca se ha visto en otros planetas —apunta Jean-Claude Gérard, de la Universidad de Lieja (Bélgica) y autor principal del nuevo estudio publicado en Nature Astronomy—. No obstante, hace unos 40 años que se predijo la existencia de esta emisión en Marte. Ahora, gracias al TGO, la hemos encontrado”. 

Jean-Claude y sus colaboradores lograron detectar la emisión gracias a un modo especial de observación del TGO. Uno de los conjuntos avanzados de instrumentos del orbitador, conocido como NOMAD (Nadir y Ocultaciones para el Descubrimiento de Marte) y que incluye el espectrómetro de luz visible y ultravioleta (UVIS), puede observar en distintas configuraciones, una de las cuales apunta los instrumentos directamente a la superficie marciana y que se conoce como canal de “nadir”. 

“En observaciones anteriores no se había captado ningún tipo de brillo verdoso en Marte, por lo que decidimos reorientar el canal de nadir de UVIS para apuntar al horizonte marciano, más o menos como la perspectiva que se ve en las imágenes de la Tierra tomadas desde la ISS”, añade Ann Carine Vandaele, del Real Instituto de Aeronomía Espacial de Bélgica, investigadora principal de NOMAD y coautora del estudio.
 
Entre el 24 de abril y el 1 de diciembre de 2019, Jean-Claude, Ann Carine y sus colaboradores utilizaron NOMAD-UVIS para hacer dos barridos por órbita de las altitudes entre 20 y 400 kilómetros desde la superficie marciana. Al analizar los conjuntos de datos, descubrieron la emisión de oxígeno verdosa en todos ellos. 

“La emisión era especialmente fuerte a unos 80 km de altitud y variaba según iba cambiando la distancia entre Marte y el Sol”, añade Ann Carine.  El estudio del resplandor de las atmósferas planetarias puede ofrecer mucha información sobre la composición y la dinámica de una atmósfera, y revelar cómo se deposita la energía de la luz solar y del viento solar, la corriente de partículas cargadas procedente de nuestra estrella. 

Para entender mejor este brillo verdoso en Marte y compararlo con lo que se ve alrededor de nuestro propio planeta, Jean-Claude y sus colaboradores se propusieron ahondar en su formación. 

“Modelamos la emisión y descubrimos que se producía sobre todo cuando el dióxido de carbono (CO2) se descompone en monóxido de carbono y oxígeno —explica Jean-Claude—. Vimos que los átomos de oxígeno resultantes brillan tanto en luz visible como ultravioleta”. 

Al mismo tiempo, al comparar estos dos tipos de emisiones hallaron que la emisión en el espectro visible era 16,5 veces más intensa que en el ultravioleta. “Las observaciones en Marte coinciden con los modelos teóricos anteriores, pero no con el resplandor en sí que hemos visto alrededor de la Tierra, donde la emisión visible es mucho más débil —continúa Jean-Claude—. Esto sugiere que debemos aprender más sobre el comportamiento de los átomos de oxígeno, algo importantísimo para entender la física atómica y cuántica”. 

Esta comprensión es clave para caracterizar las atmósferas planetarias y los fenómenos relacionados, como las auroras. Al desentrañar la estructura y el comportamiento de esta capa brillante y verdosa de la atmósfera marciana, los científicos pueden saber más sobre un rango de altitud que ha permanecido en gran medida inexplorado y vigilar los cambios a medida que varía la actividad solar y Marte viaja por su órbita alrededor de nuestra estrella.

“Es la primera vez que se observa esta importante emisión alrededor de un planeta distinto de la Tierra, y coincide con la primera publicación científica basada en observaciones del canal UVIS del instrumento NOMAD del TGO de ExoMars”, destaca Håkan Svedhem, científico del proyecto TGO de la ESA. 

“Demuestra la altísima sensibilidad y la calidad óptica de NOMAD. Esto resulta evidente dado que este estudio exploraba la cara diurna de Marte, que es mucho más brillante que la nocturna, lo que dificultaba aún más la detección de una emisión tan tenue”. 

Comprender las propiedades de la atmósfera marciana no solo tiene interés científico, también es fundamental para operar las misiones que enviaremos al Planeta Rojo. La densidad atmosférica, por ejemplo, afecta directamente a la resistencia experimentada por los satélites en órbita y por los paracaídas utilizados para posar sondas en la superficie marciana. 

“Este tipo de detección remota, junto con las mediciones in situ a mayores altitudes, nos ayuda a predecir cómo la atmósfera marciana responderá a los cambios estacionales y a las variaciones en la actividad solar —añade Håkan—. Predecir cambios en la densidad atmosférica es especialmente importante para las próximas misiones, incluida ExoMars 2022, que enviará un róver y una plataforma científica de superficie para explorar el Planeta Rojo”.