Coneixeu millor la química atmosfèrica de la Terra a partir de l’estudi de Mart?

Utilitzant quatre anys marcians d’observacions de l’instrument SPICAM (Spectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars), que correspon a set anys i mig de la Terra, un equip d’investigadors d’Europa i Rússia va descobrir la bretxa en els nostres coneixements quan intentant reproduir les seves dades amb un model climàtic global de Mart.

L’ozó i el vapor d’aigua no són bons acompanyants atmosfèrics. L’ozó (O₃) es produeix quan molècules de diòxid de carboni (CO₂), que comprèn el 95% de l’atmosfera marciana, es divideixen per la radiació ultraviolada del Sol. Al seu torn, l’ozó es pot dividir per unes molècules anomenades radicals d’hidrogen (HO_X), que contenen un àtom d’hidrogen i un o més àtoms d’oxigen. Els mateixos radicals d’hidrogen es produeixen quan el vapor d’aigua es separa per la llum ultraviolada.

A Mart, atès que el diòxid de carboni és omnipresent, hi hauria d’haver una signatura global d’ozó, tret que una regió en particular contingui vapor d’aigua. En aquesta circumstància, l’aigua es dividirà en radicals d’hidrogen, que reaccionaran amb la molècula d’ozó i la separaran.

Així, allà on SPICAM detectés vapor d’aigua, hauria d’haver vist una disminució de l’ozó. Com més vapor d’aigua, menys ozó. L’equip va investigar aquesta relació inversa, també coneguda com a anticorrelació. Van trobar que podien reproduir-ne la naturalesa inversa amb un model climàtic però no aconseguir la relació precisa. En canvi, per a una quantitat determinada de vapor d’aigua, el model només va produir el 50% de l’ozó vist a les dades de l’SPICAM.

“Suggereix que l’eficiència de la destrucció de l’ozó és exagerada en les simulacions per ordinador”, diu Franck Lefèvre, del Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS), CNRS / Sorbonne Université, França, que va dirigir l’estudi.

Actualment, però, el motiu d’aquesta sobreestimació no està clar. És fonamental entendre el comportament dels radicals d’hidrogen a Mart. “Té un paper clau en la química atmosfèrica de Mart, però també en la composició global del planeta”, diu Franck.

El model químic utilitzat en aquest treball va ser construït específicament per Franck i col·legues per analitzar Mart. Es basava en un model d’una part de l’atmosfera superior de la Terra; la mesosfera. Aquí, entre aproximadament 40-80 quilòmetres d’altitud, la química i les condicions són àmpliament similars a les que es troben a l’atmosfera de Mart.

De fet, la discrepància trobada en els models podria tenir importants repercussions en la forma en què simulem el clima de la Terra mitjançant models atmosfèrics. Això es deu al fet que la mesosfera de la Terra conté part de la capa d’ozó, que experimentarà les mateixes interaccions amb HO_X com tenen lloc a Mart.

“HO_X la química és important per a l’equilibri global de la capa d’ozó de la Terra “, diu Franck.

Per tant, entendre què està passant a l’atmosfera de Mart pot beneficiar la precisió amb què podem realitzar simulacions climàtiques a la Terra. I amb tantes dades disponibles ara a SPICAM, el modelatge ha demostrat clarament que hi ha alguna cosa que no entenem.

Podria ser alguna cosa l’acció dels núvols?

Quan Franck i els seus col·legues van introduir càlculs sobre la manera HO_X és absorbida per les partícules gelades que formen els núvols a Mart, van trobar que en els seus models sobrevivia més ozó. Això es deu a que HO_X les molècules s’absorbien abans de poder separar l’ozó. Però això només explicava parcialment els seus resultats.

“No funciona en tots els casos”, diu Franck. I, per tant, l’equip també busca altres llocs.

Una àrea particular per estudiar més a fons és mesurar les velocitats de reacció a les baixes temperatures que es troben a l’atmosfera marciana i a la mesosfera de la Terra. Actualment, no són ben coneguts i, per tant, també poden distorsionar els models.

Ara que el treball actual ha posat de relleu de manera quantitativa on hi ha les llacunes en el nostre coneixement, l’equip recopilarà més dades mitjançant altres instruments UV que funcionen a Mart i continuaran les seves investigacions i actualitzaran el model.

“Amb Mars Express, hem completat l’enquesta més llarga de l’atmosfera marciana fins ara, independentment de la missió. Vam començar el 2004 i ara tenim 17 anys de dades, cosa que ens ha portat a analitzar gairebé set anys marcians seguits, inclosos quatre anys marcians de mesures combinades d’ozó i vapor d’aigua abans del canal UV d’SPICAM, que mesurava l’ozó, va deixar d’operar a finals del 2014. Això és únic en la història de l’exploració planetària “, afegeix Franck Montmessin, també de LATMOS, i l’investigador principal de l’instrument SPICAM.

Basant-se en l’extraordinari conjunt de dades de Mars Express, ara arriben nous resultats del Trace Gas Orbiter de l’ESA, que fa la volta a Mart des d’octubre del 2016. Porta dos instruments, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) i NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) ) que analitzen l’atmosfera marciana. La missió Maven de la NASA també porta equips ultraviolats que monitoritzen l’abundància d’ozó. Per tant, la informació vital que finalment desbloqueja aquest misteri podria arribar en qualsevol moment.

El control a llarg termini dels paràmetres atmosfèrics i les seves variacions per part de Mars Express proporciona un conjunt de dades únic amb el qual estudiar l’atmosfera marciana com un sistema dinàmic complex.

“Potser sumar tots aquests anys junts acabarà tenint la clau de com funciona l’HO_X controla realment l’atmosfera marciana, beneficiant la nostra comprensió de les atmosferes planetàries en general ”, diu Franck Montmessin.

Notes per als editors:

Relació entre les columnes d’ozó i vapor d’aigua a Mart, tal com ha estat observada per SPICAM i calculada per un model climàtic global, per F. Lefèvre, et al. (2021) es publica a Journal of Geophysical Research: Planets 126, e2021JE006838. https://doi.org/10.1029/2021JE006838.

Per obtenir més informació, poseu-vos en contacte amb:
Relacions amb els mitjans de comunicació de l’ESA
Media@Esa.int