Gracias a décadas de exploración usando misiones de orbitadores robóticos, aterrizadores y rovers, los científicos están seguros de que hace miles de millones de años, el agua líquida fluyó en la superficie de Marte.

Más allá de eso, han quedado muchas preguntas, que incluyen si el flujo de agua fue intermitente o regular. En otras palabras, ¿Marte fue realmente un ambiente «cálido y húmedo» hace miles de millones de años, o fue más «frío y helado»?

Estas preguntas han persistido debido a la naturaleza de la superficie y la atmósfera de Marte, que ofrecen respuestas conflictivas. De acuerdo con un nuevo estudio de la Universidad de Brown, parece que ambos podrían ser el caso.

Básicamente, Marte temprano podría haber tenido cantidades significativas de hielo en la superficie que experimentaron un derretimiento periódico, produciendo suficiente agua líquida para tallar los antiguos valles y cavidades que acogieron lagos y que se ven hoy en el planeta.

El estudio, titulado «Late Noachian Icy Highlands Climate Model: Exploring the Possibility of Transient Melting and Fluvial/Lacustrine Activity Through Peak Annual and Seasonal Temperatures», apareció recientemente en Icarus.

Ashley Palumbo – un Ph.D. estudiante del Departamento de Ciencias Ambientales y Planetarias de Brown, dirigió el estudio y se unió a ella, su profesor supervisor, Jim Head, y el profesor Robin Wordsworth, de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard.

Amplias redes de valles sugieren que Marte alguna vez tuvo agua corriente. Imagen: NASA / JPL-Caltech / Arizona State University

En aras de su estudio, Palumbo y sus colegas buscaron encontrar el puente entre la geología de Marte (que sugiere que el planeta alguna vez fue cálido y húmedo) y sus modelos atmosféricos, que sugieren que era frío y helado.

Como demostraron, es plausible que, en el pasado, Marte estuviera generalmente congelado con glaciares. Durante las temperaturas máximas diarias en el verano, estos glaciares se derretirían en los bordes para producir agua corriente.

Después de muchos años, concluyeron que estos pequeños depósitos de agua de deshielo habrían sido suficientes para tallar las características observadas hoy en la superficie. Lo más notable es que podrían haber tallado los tipos de redes de valles que se han observado en las tierras altas del sur de Marte.

Como explicó Palumbo en un comunicado de prensa de la Universidad de Brown, su estudio se inspiró en una dinámica climática similar que ocurre aquí en la Tierra:

«Vemos esto en los Valles Secos Antárticos, donde la variación de la temperatura estacional es suficiente para formar y sostener los lagos, aunque la temperatura media anual está muy por debajo de la congelación. Queríamos ver si algo similar podría ser posible para el antiguo Marte».

Para determinar el vínculo entre los modelos atmosféricos y la evidencia geológica, Palumbo y su equipo comenzaron con un modelo climático de vanguardia para Marte.

Este modelo asumió que hace 4 mil millones de años, la atmósfera estaba compuesta principalmente de dióxido de carbono (como lo es hoy) y que la producción del Sol era mucho más débil de lo que es ahora. De este modelo, determinaron que Marte era generalmente frío y helado durante sus primeros días.

Valles Nanedi. Imagen: ESA / DLR / FU Berlin

Sin embargo, también incluyeron una serie de variables que pueden haber estado presentes en Marte hace 4 mil millones de años. Estos incluyen la presencia de una atmósfera más gruesa, lo que habría permitido un efecto invernadero más significativo.

Debido a que los científicos no pueden estar de acuerdo sobre la atmósfera de Marte tan densa entre 4.2 y 3.7 mil millones de años, Palumbo y su equipo manejaron los modelos para tener en cuenta varios niveles plausibles de densidad atmosférica.

También consideraron las variaciones en la órbita de Marte que podrían haber existido hace 4 mil millones de años, lo que también ha estado sujeto a algunas conjeturas.

Aquí también, probaron una amplia gama de escenarios plausibles, que incluyeron diferencias en la inclinación axial y diferentes grados de excentricidad. Esto habría afectado la cantidad de luz solar recibida por un hemisferio sobre otro y condujo a variaciones estacionales más significativas en la temperatura.

Al final, el modelo produjo escenarios en los que las regiones cubiertas de hielo cerca de la ubicación de las redes de los valles en las tierras altas del sur. Si bien la temperatura media anual del planeta en estos escenarios estaba muy por debajo del punto de congelación, también produjo temperaturas máximas de verano en la región que aumentaron por encima del punto de congelación.

Lo único que quedó fue demostrar que el volumen de agua producido sería suficiente para tallar esos valles.

Por suerte, en 2015, el profesor Jim Head y Eliot Rosenberg (un estudiante de grado con Brown en ese momento) crearon un estudio que estimó la cantidad mínima de agua requerida para producir el mayor de estos valles.

Utilizando estas estimaciones, junto con otros estudios que proporcionaron estimaciones de las tasas de escorrentía necesarias y la duración de la formación de redes de valle, Palumbo y sus colegas encontraron un escenario derivado del modelo que funcionó.

Básicamente, encontraron que si Marte tenía una excentricidad de 0.17 (en comparación con su excentricidad actual de 0.0934), una inclinación axial de 25 ° (en comparación con los 25.19 ° de hoy) y una presión atmosférica de 600 mbar (100 veces más que lo que es hoy ) entonces habría tomado alrededor de 33,000 a 1,083,000 años producir suficiente agua de deshielo para formar las redes del valle.

Pero suponiendo una órbita circular, una losa axial de 25 ° y una atmósfera de 1000 mbar, habría tomado alrededor de 21,000 a 550,000 años.

Los grados de excentricidad e inclinación axial requeridos en estos escenarios están dentro del rango de órbitas posibles para Marte hace 4 mil millones de años. Y, según indicó Head , este estudio podría reconciliar la evidencia atmosférica y geológica que ha estado en conflicto en el pasado:

«Este trabajo agrega una hipótesis plausible para explicar la forma en que el agua líquida podría haberse formado en Marte temprano, de manera similar al derretimiento estacional que produce los arroyos y lagos que observamos durante nuestro trabajo de campo en los Valles Secos Antárticos McMurdo. Actualmente están explorando mecanismos de calentamiento de candidatos adicionales, incluido el vulcanismo y las cráteres de impacto, que también podrían contribuir al derretimiento de un Marte frío y helado en la primera etapa».

También es significativo porque demuestra que el clima de Marte estaba sujeto a variaciones que también ocurren regularmente aquí en la Tierra. Esto proporciona otra indicación de cómo nuestros estados son similares de alguna manera, y cómo la investigación de uno puede ayudar a avanzar en nuestra comprensión del otro.

Por último, pero no menos importante, ofrece una síntesis de un tema que ha generado una buena parte de desacuerdo.

El tema de cómo Marte pudo haber experimentado agua cálida y fluida en su superficie -y en un momento en que la producción del Sol era mucho más débil de lo que es hoy en día- ha seguido siendo objeto de muchos debates.

En los últimos años, los investigadores han avanzado varias sugerencias sobre cómo el planeta podría haberse calentado, desde nubes cirros hasta explosiones periódicas de gas metano desde debajo de la superficie.

Si bien este último estudio no ha resuelto el debate entre los campamentos «cálidos y acuosos» y los «fríos y helados», ofrece pruebas contundentes de que los dos pueden no ser mutuamente excluyentes.

El estudio también fue el tema de una presentación realizada en la 48ª Conferencia de Ciencia Lunar y Planetaria, que tuvo lugar del 20 al 24 de marzo en The Woodland, Texas.