El robot Curiosity de la NASA está proporcionando una visión vital acerca de los ambientes pasados y actuales de Marte, lo que será de ayuda para los planes de futuras misiones humanas y robóticas. Curiosity no sólo ha cumplido su principal objetivo de encontrar evidencia de un ambiente antiguo que podría haber albergado vida, sino que también ha proporcionado la evidencia de que las condiciones habitables existían más recientemente de lo esperado y es probable que hayan persistido durante millones de años
En poco más de un año en el planeta rojo, el Laboratorio Móvil de Ciencia de Marte (Mars Science Laboratory, o MSL) ha determinado la edad de una roca de Marte, encontró evidencia de que el planeta podría haber sostenido vida microbiana, tomó las primeras lecturas de la radiación en la superficie y de muestras de cómo la erosión natural podría revelar los componentes básicos de la vida. Los miembros del equipo del Curiosity presentan estos resultados y más en seis artículos publicados en línea ayer por Science Express y en las conversaciones en la reunión de otoño de la Unión Geofísica Americana en San Francisco.
Este mosaico de imágenes de la cámara de mástil (MastCam) a bordo rover Curiosity a Marte de la NASA muestra una serie de depósitos sedimentarios de la zona Glenelg del cráter Gale, desde una perspectiva en Yellowknife Bay mirando hacia el oeste-noroeste
La edad de la ‘Cumberland’
La segunda roca perforada por el Curiosity para obtener muestras, que los científicos apodaron «Cumberland«, es la primera en ser fechado a partir del análisis de sus componentes minerales encontrándose en otro planeta. Un informe realizado por Kenneth Farley, del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, y sus coautores, estima la edad de Cumberland entre 3.860 millones y 4.560 millones de años. Esto está en el rango de las estimaciones anteriores sobre las rocas en el cráter Gale, donde está trabajando Curiosity.
«La edad no es sorprendente, pero lo que sorprende es que este método haya funcionado por mediciones realizadas en Marte», dijo Farley. «Cuando se está confirmando una nueva metodología, usted no desea que el primer resultado sea algo inesperado. Nuestra comprensión de la antigüedad de la superficie de Marte parece estar acertada.»
El análisis de una muestra perforada de la roca Cumberland por Curiosity fue una medición fundamental y sin precedentes, que era considerada poco probable cuando el robot aterrizó en 2012. Farley y sus co-autores adaptaron un método radiométrico creado hace 60 años para datar rocas en la Tierra, que mide la desintegración de un isótopo del potasio, que cambia lentamente a argón, un gas inerte. El argón se escapa cuando se funde una roca. Este método de datación mide la cantidad de argón que se acumula cuando la roca se endurece de nuevo.
Antes de que pudieran medir directamente las rocas en Marte, los científicos estimaron su edad contando y comparando el número de cráteres de impacto en diferentes zonas del planeta. Las densidades de los cráteres están correlacionados con las edades sobre la base de comparaciones con las densidades de los cráteres en la Luna, que fueron relacionados con fechas absolutas después de que las misiones lunares Apolo trajeron rocas a la Tierra.
Farley y sus co-autores también evaluaron cuánto tiempo ha estado Cumberland en la superficie de Marte en el rango del alcance de un brazo, donde los rayos cósmicos que impactan los átomos en la roca producen acumulaciones de gas que Curiosity puede medir.
Los análisis de tres gases diferentes arrojaron edades de exposición en el rango de los 60 a 100 millones de años. Esto sugiere que la roca fue despojada de las capas superiores hace relativamente poco tiempo. Combinando esto con las señales de erosión eólica observadas por el Curiosity, la antigüedad de exposición descubierta apunta a un desgaste producido por vientos con arena en capas relativamente gruesas de la roca. La capa erosionada forma una cara vertical, o escarpa.
«La tasa de exposición es sorprendentemente veloz», dijo Farley. «El lugar donde se encuentran las rocas con la parte expuesta más reciente estará justo al lado del escarpe de la dirección del viento.»
¿De rocas a bloques de construcción?
Encontrar rocas con la edad de exposición más joven es importante en las investigaciones de la misión sobre si los productos químicos orgánicos se conservan de los ambientes antiguos. Los productos químicos orgánicos son bloques de construcción para la vida, aunque también pueden ser producidos sin biología.
«Estamos haciendo progresos en el camino de determinar si existen compuestos orgánicos en Marte», dijo Doug Ming, del Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston respecto a los muestreos de la roca Cumberland. «Detectamos orgánicos, pero no podemos descartar que puedan haber llegado desde la Tierra.» Curiosity detectó mayor cantidad en Cumberland de lo que había detectado antes, ya sea en pruebas con muestras del suelo marciano o en análisis de envases de muestra vacíos. Un aumento de la cantidad de polvo de roca en el envase de prueba aumentó la cantidad de contenido orgánico detectado.
Favorable para la vida
Ming es el autor principal de un nuevo informe sobre un sitio llamado «Yellowknife Bay«. El equipo informó hace 10 meses que la primera roca que perforó allí el Curiosity, apodada «John Klein«, dio pruebas que cumplen el objetivo de la misión de identificar un entorno marciano que fue favorable para la vida microbiana hace mucho tiempo. El hábitat rico en arcilla del lecho del lago Yellowknife Bay ofrece la química clave para la vida, además de agua no demasiado ácida o salada, y una fuente de energía. La fuente de energía es un tipo usado por muchos microbios come-rocas en la Tierra: una mezcla de azufre y minerales que contienen hierro que son aceptadores de electrones, y otras que son donantes de electrones, como los dos bornes de una batería.
Esta ilustración representa un concepto para la posible extensión de un antiguo lago en el interior del cráter Gale
Curiosity no sólo ha cumplido su principal objetivo de encontrar evidencia de un ambiente antiguo que podría haber albergado vida, sino que también ha proporcionado la evidencia de que las condiciones habitables existían más recientemente de lo esperado y es probable que hayan persistido durante millones de años.
Nuevos resultados adicionales de Curiosity están proporcionando las primeras lecturas de los riesgos de radiación en la superficie de Marte, que ayudarán a la planificación de las misiones humanas a Marte. Otras conclusiones orientarán la búsqueda de evidencia de vida en Marte mediante la mejora de conocimiento acerca de cómo la erosión puede exponer evidencias enterradas de bloques moleculares de la vida.
Las nuevas estimaciones de cuándo existían condiciones de habitabilidad en Yellowknife Bay, y el tiempo que duraron, viene de los detalles de la composición y de las capas de las rocas. Se cree que Marte tuvo agua dulce suficiente para generar minerales de arcilla —y, posiblemente, sostener la vida— hace más de 4.000 millones de años, pero que el planeta experimentó un desecamiento que dejó al agua líquida residual ácida y salada. Una pregunta clave es si los minerales de arcilla en Yellowknife Bay se formaron antes, aguas arriba en el borde del cráter Gale, donde los pedazos de roca se originaron, o más tarde, aguas abajo, donde las partículas de roca fueron llevadas por el agua y se depositaron.
De Scott McLennan, de la Universidad Stony Brook en Stony Brook, Nueva York, y sus co-autores, encontraron que los elementos químicos en las rocas indican que las partículas se llevaron de su zona de origen anterior a Yellowknife Bay, y que la mayoría de meteorización química ocurrió después de que fueron depositados. La pérdida de los elementos que se filtran fácilmente, tales como el calcio y el sodio, sería notable si la exposición a la intemperie que convierte algunos minerales volcánicos en minerales de arcilla hubiese ocurrido aguas arriba. Los científicos no observaron esta lixiviación.
David Vaniman del Instituto de Ciencia Planetaria en Tucson, Arizona, y sus co-autores, encontraron evidencia que se respalda en otro análisis mineral distinto de las rocas sedimentarias en Yellowknife Bay. Se dieron cuenta de la falta de olivino y una abundancia de magnetita, que sugiere que las rocas se volvieron arcilla después de ser desplazadas hacia abajo. La presencia de esmectita aportan datos acerca de las condiciones en que se formó la arcilla.
«La esmectita es el mineral de arcilla típico de los depósitos lacustres», dijo Vaniman. «Se conoce comúnmente como una arcilla hinchable… el tipo que se pega a la bota cuando usted camina sobre ella. Se encuentran ambientes de gran riqueza biológica donde se encuentran esmectitas en la Tierra.»
John Grotzinger de Caltech y sus co-autores examinaron las características físicas de las capas de roca en y cerca de Yellowknife Bay y concluyeron que el entorno habitable existió en un momento «relativamente joven para los estándares de Marte». Era una parte de la historia marciana llamada Época Hesperiana, cuando las partes del planeta ya se estaban volviendo más secas y más ácidas, hace menos de 4.000 millones de años, y más o menos al mismo tiempo que la evidencia más antigua de vida en la Tierra.
«Este entorno habitable existió más tarde de lo que muchos pensaron que existiría alguno», dijo Grotzinger. «Esto tiene implicaciones globales. Es de una época en que había deltas, abanicos aluviales y otros signos de agua superficial en muchos lugares en Marte, pero los que fueron considerados demasiado jóvenes o de vida demasiado corta, han formado los minerales de arcilla. El pensamiento era, si tuvieron minerales de arcilla, deben haber sido lavados a partir de depósitos de más edad. Ahora sabemos que los minerales de arcilla se podrían haber producido más tarde, y eso nos da muchos lugares que pueden haber tenido ambientes habitables, también.»
Los investigadores sugieren que las condiciones de habitabilidad de la zona Yellowknife Bay pueden haber persistido durante millones a decenas de millones de años. Durante ese tiempo, los ríos y lagos probablemente aparecían y desaparecían. Incluso cuando la superficie estaba seca, el subsuelo probablemente estaba mojado, según lo que indican las venas minerales depositadas por el agua subterránea en las fracturas en la roca. El espesor de los niveles observados e inferidos de las capas de roca proporciona la base para estimar la larga duración, y el descubrimiento de una fuente de energía para los microbios subterráneos mineral favorece la habitabilidad en todas partes.
Implicaciones para los exploradores humanos
Los informes de ayer son las primeras mediciones de la radiación en el entorno natural en la superficie de Marte. Los rayos cósmicos de fuera de nuestro Sistema Solar y las partículas energéticas del Sol bombardearon la superficie en el cráter Gale en una media de 0,67 milisievert por día a partir de agosto 2012 a junio 2013, según un informe elaborado por Don Hassler, del Instituto de Investigación del Suroeste en Boulder, Colorado y sus co-autores. Para comparar, la exposición a la radiación de una típica radiografía de tórax es de aproximadamente 0,02 milisievert. Ese período de medición de 10 meses no incluyó ninguna de las grandes tormentas solares que afectan a Marte, y más del 95 por ciento del total proviene de los rayos cósmicos.
Los resultados del monitoreo de la radiación en superficie proporcionan una pieza adicional del rompecabezas para la proyección de la dosis de radiación total para una futura misión tripulada a Marte. Sumada a las dosis que midió Curiosity durante su vuelo a Marte, los resultados de la superficie de Marte proyectan una tasa de dosis de ida y vuelta total para una futura misión tripulada al mismo periodo del ciclo solar que estaría en el orden de los 1.000 milisieverts.
Estudios de población a largo plazo han demostrado que la exposición a la radiación incrementa el riesgo de cáncer en la vida de una persona. La exposición a una dosis de 1.000 milisieverts se asocia con un aumento de 5 por ciento en el riesgo de desarrollar cáncer mortal. El límite actual de la NASA para el crecimiento del riesgo durante la carrera de sus astronautas que operan en la actualidad en la órbita baja de la Tierra es de 3 por ciento. La agencia está trabajando con el Instituto de Medicina de las Academias Nacionales para abordar la ética, principios y directrices de las normas de salud de misiones y vuelos espaciales de exploración de larga duración.
La radiación detectada por Curiosity es consistente con las predicciones anteriores. Los nuevos datos ayudarán a los científicos de la NASA y los ingenieros a crear mejores modelos para prever el entorno de radiación que enfrentarán los exploradores humanos, mientras la agencia desarrolla nuevas tecnologías para proteger a los astronautas en el espacio profundo.
«Nuestras mediciones proporcionan información crucial para las misiones humanas a Marte», dijo Hassler. «Seguir monitoreando el ambiente de radiación y viendo los efectos de las grandes tormentas solares sobre la superficie en diferentes momentos en el ciclo solar, dará datos adicionales importantes. Nuestras mediciones también coinciden con las investigaciones de Curiosity sobre habitabilidad. Las fuentes de radiación que son preocupaciones para la salud humana también afectan la supervivencia microbiana, así como la preservación de los productos químicos orgánicos».
Si existía ningún tipo de químicos orgánicos que son signos potenciales de vida dentro de las rocas a aproximadamente a 5 centímetros, la profundidad del taladro del Curiosity, Hassler estima que se habrían reducido hasta 1.000 veces en unos 650 millones de años de exposición a la radiación en el ritmo medido en los primeros 10 meses del Curiosity. Sin embargo, la roca Cumberland de que Curiosity extrajo muestras con su perforación en Yellowknife Bay había sido expuesta a los efectos de los rayos cósmicos sólo unos 60 a 100 millones de años, por la estimación de Farley. Los investigadores calculan que, con una edad de exposición así, podía estar presente aún suficiente material orgánico en Cumberland como para poder detectarlo. Incluso si Marte nunca ha alojado la vida, el planeta recibe moléculas orgánicas transportadas por los meteoritos, que debe dejar un rastro detectable.
El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA construyó el Curiosity y dirige la misión para el Directorio de Misiones Científicas de la NASA, Washington. Para obtener más información sobre la misión, visite: http://www.nasa.gov/msl y, http://mars.jpl.nasa.gov/msl
Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti
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