lunes, 15 de enero de 2018

Yo quiero ser Científico Planetario - Beatriz Sanchez-Cano

Y yo quiero ser...Científico Planetario
(Por Beatriz Sanchez-Cano)

Escucha música mientras lees, vete al final.

Alguna vez te has preguntado ¿por qué hay vida en la Tierra y no en otros planetas? ¿Cómo se originó la vida? ¿Fueron los asteroides los que trajeron agua y vida a la Tierra? ¿O es el Sol el responsable de la vida? Alguna vez has pensado ¿hay vida más allá de nuestro planeta? Y si esto fuera así, ¿cómo podríamos encontrarla? ¿Cuáles son las condiciones para que exista la vida? Alguna vez has sentido curiosidad por saber ¿por qué la Luna afecta a los océanos? ¿Por qué la Luna siempre nos muestra su misma cara? ¿Por qué otros planetas tienen más lunas que la Tierra? ¿Hay océanos y volcanes más allá de la Tierra? ¿Cómo un sistema planetario evoluciona? Alguna vez te has preguntado ¿cómo se formó el Sistema Solar y cómo funciona? ¿Cómo el Sol influye en los planetas? ¿Está el espacio vacío o está lleno de material procedente del Sol? ¿Alguna vez has te has sentido fascinado por las auroras boreales? Has querido saber ¿qué son y cómo se originan? ¿De dónde vienen las partículas energéticas que nos dan esas bellas luces celestes cerca de los polos terrestres? ¿Qué información nos dan sobre nuestro propio planeta y sobre el Sol? ¿Ocurren también en otros planetas?

Pero sobre todo, alguna vez te has preguntado ¿cuáles son las grandes preguntas que la ciencia planetaria trata de resolver?, y ¿cómo la exploración espacial es su principal herramienta? Yo sí, miles de veces. Y también todos los científicos planetarios se hacen estas y muchísimas más preguntas día tras día, e investigan para encontrar una respuesta. Si tienes curiosidad, alma científica, te gusta el espacio y admiras la naturaleza, este es tu sitio.

¿Qué es la ciencia planetaria y para qué sirve?

La ciencia planetaria es la disciplina que se encarga de buscar respuestas a preguntas básicas tales como cómo se forman los planetas, cómo funcionan, y por qué al menos la Tierra contiene vida. Para ello, se encarga del estudio de los planetas y de sus sistemas planetarios desde el punto de vista científico, incluyendo el estudio de sus lunas, sistemas de anillos, nubes de gases, y magnetosferas. Puede parecer una definición complicada, pero básicamente viene a decir, que los científicos planetarios nos encargamos de entender cómo los sistemas planetarios se forman, cómo se organizan y evolucionan en el tiempo, y cómo todos sus componentes interaccionan entre ellos. Es una disciplina en la que todos los campos de la ciencia son bienvenidos, como la física, la química, la astronomía, las ciencias atmosféricas, la geología, la geodesia, la biología, etc. En mi caso particular, mi especialidad es la física del plasma espacial. Esta motivación ha inspirado una serie épica de 50 años de viajes exploratorios a través de naves espaciales que han visitado casi todo tipo de cuerpo planetarios en nuestro vecindario espacial.

Fig. 1. a) Foto de un cráter y varios cañones en Marte tomada por la sonda Mars Express. b) Plutón visto por la sonda New Horizons. c) Foto de la superficie de la luna Titán tomada por la sonda Huygens. d) Foto del hemisferio norte de Saturno y sus anillos tomada por la sonda Cassini. e) Foto de Cassini  de los geiseres de agua de la luna Encelado.

¿Cómo se da respuesta a todas estas preguntas?

Los científicos planetarios usamos numerosas técnicas diferentes, que engloban numerosas ramas de la ciencia. Por ejemplo, mandamos naves no tripuladas a otros planetas para obtener datos de todo tipo, como datos atmosféricos, químicos, geológicos o magnéticos. Todas las imágenes de la Fig. 1 fueron tomadas por este método. También usamos grandes telescopios para hacer observaciones de planetas y lunas distantes, o de cometas. Estos telescopios se encuentran  tanto en las montañas más altas de la Tierra (por ejemplo, en Hawái, los Andes o el Teide en las islas Canarias), como en el espacio (por ejemplo, el telescopio espacial Hubble). Todas las imágenes de la Fig. 2 fueron tomadas desde el espacio por el telescopio Hubble. En algunos casos, hacemos experimentos en laboratorios o en diferentes lugares de la Tierra que puedan replicar diferentes condiciones planetarias. Por ejemplo, Rio Tinto en Huelva es un excelente análogo marciano, puesto que sirve para reproducir las condiciones de acidez extremas encontradas en la superficie de Marte. Todos los datos obtenidos de cualquiera de las maneras anteriormente expuestas, son analizados por nosotros en nuestros ordenadores con programas específicos y comparados con modelos teóricos que previamente fueron desarrollados. En muchos casos, estos datos permiten crear modelos nuevos del campo particular de estudio.
Fig. 2. a) Imagen de la aurora de Júpiter. b) Foto del cometa Siding Spring (C/2013 A1) a su paso por Marte. Ambas imágenes fueron tomadas por el telescopio espacial Hubble.

Un caso concreto: La exploración de Marte

Uno de los principales cuerpos del Sistema Solar que ha sido y está siendo estudiado en profundidad, es Marte. Muy probablemente, la respuesta a la pregunta sobre si hay o ha habido vida en el Sistema Solar, se podría encontrar allí. Marte pudo tener las condiciones óptimas (especialmente en su temprana historia) donde se piensa se pudieron originar componentes prebióticos, que son los causantes de la vida en la Tierra entre otros. A lo largo de la historia, Marte ha sufrido cambios colosales en las condiciones de su superficie, donde todo indica que antes hubo océanos. Estos cambios fueron producidos por los bruscos cambios de temperatura (cambios climáticos) a lo largo de su órbita alrededor del Sol (la órbita de Marte es muy elíptica), y también por cambios en la radiación solar que llegaba a Marte y gases de efecto invernadero. Gracias a esta evolución, los científicos planetarios pensamos que Marte puede conservar casi intactos los signos de procesos prebióticos, que hace mucho desaparecieron en la Tierra. Por lo tanto, si encontrásemos estos signos, Marte sería un laboratorio real en el que poder observar y entender cómo la vida se abrió camino en la Tierra. Esto es esencial para nosotros puesto que la evolución geológica, química y biológica van de la mano.

La exploración de Marte y la posibilidad de que allí hubiera vida, han captado desde siempre la atención de la humanidad, pero no fue hasta 1960 cuando la URSS lanzó la primera misión con destino a este planeta, la Marsnik-1. Desde entonces, casi 50 misiones (y 6 en construcción para ser enviadas en los próximos años) han tenido el mismo objetivo: profundizar en los conocimientos de nuestro vecino y entender la evolución que lo ha llevado a su estado actual.

Hoy por hoy, hay ocho misiones activas en el entorno de Marte:
-La sonda Mars Odyssey de la NASA (agencia espacial americana) lanzada en 2001
-La sonda Mars Express de la ESA (agencia espacial europea) lanzada en 2003
-El vehículo robótico Opportunity de la NASA en la superficie de Marte lanzado en 2003
-La sonda Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA lanzada en 2005
-El vehículo robótico Mars Science Laboratory (“Curiosity”) de la NASA lanzado en 2011
-La sonda MAVEN de la NASA lanzada en 2013
-La sonda MOM de la India lanzada también en 2013
-La sonda ExoMars TGO de la ESA lanzada en 2016

Un poco de mi investigación…. ¿Está perdiendo Marte atmósfera en el espacio?

Estudiar el espacio se puede hacer desde muchas perspectivas, como la astronomía y la astrofísica. Pero a mí lo que de verdad me gustaba era la exploración de los planetas, el poder mandar robots o personas a otros lugares del espacio. Por eso me decidí a estudiar Física, y en concreto, hice la especialidad y Máster de Geofísica y Meteorología. Con esta formación hice mi Doctorado sobre la ionosfera de Marte. Y, ¿qué es la ionosfera? Pues la ionosfera es la capa más alta de la atmosfera de un planeta, luna o asteroide, que como su nombre indica, se encuentra en una larga proporción formada por iones, es decir, en el estado de plasma (que es el cuarto estado de la materia). Estos iones se producen gracias a la radiación solar, en concreto a la radiación en el extremo ultravioleta y en rayos-X, que al ser muy energética, es capaz de ionizar las moléculas de la atmosfera más alta y formar iones. Como la ionosfera es un plasma formado de muchísimos iones y también electrones, es un medio conductor. Esto quiere decir que la física que describe su comportamiento, sigue las leyes de los campos eléctricos y magnéticos.

Marte a diferencia de la Tierra, no tiene un campo magnético global que proteja al planeta. Este campo magnético en la Tierra hace que nuestra atmosfera quede protegida dentro de una cavidad que se llama “magnetosfera”. Sin embargo, en el caso de Marte, la ionosfera se encuentra en contacto directo con el “viento solar”. Es bueno indicar que el medio interplanetario no está vacío, sino que está lleno de partículas de alta energía procedentes del Sol que se conocen como viento solar. A su vez, existe un campo magnético interplanetario que se expande por todo el Sistema Solar y procede del Sol. La magnitud del campo magnético interplanetario suele ser relativamente pequeña, unos 5 nT en Marte, aunque en caso de una tormenta solar como la de la Fig. 3, esta magnitud aumenta muy notablemente. Por tanto, la ionosfera de Marte se encuentra en contacto directo con el viento solar y con su campo magnético, lo que hace que se produzca un choque supersónico entre el plasma procedente del Sol y el plasma de la ionosfera de Marte, que se manifiesta en forma de arco como se ve en la Fig. 3. Mi trabajo consiste en estudiar este choque, que dependiendo de si llega una tormenta solar a Marte o no, puede ser muy intenso. Como consecuencia fundamental, la atmosfera de Marte se está erosionando y perdiendo en el espacio. Esta es una de las principales razones por la que la atmosfera de Marte es muy delgada en la actualidad y hace a su vez, que el planeta sea tan árido.

Fig. 3. Representación de la tormenta solar gigante que llegó a Marte en Septiembre de 2017. Las líneas blancas representan el campo magnético interplanetario y las partículas de color naranja-rojizo el viento solar. El arco blanquecino alrededor de Marte representa el “choque de arco” que es producido por el impacto del viento solar con la alta atmósfera. El cuadrado inferior contiene observaciones de Mars Express de este evento, donde se aprecia un incremento de más de dos órdenes de magnitud en las partículas registradas por la nave.

Para concluir…

Miles de lugares exóticos y únicos os están esperando para que los exploréis y para que ayudéis a dar respuestas a las grandes preguntas que aun a día de hoy no se han podido resolver. La exploración y la ciencia planetaria van siempre de la mano y todo lo que nos pueden aportar tanto a nivel personal, en forma de una carrera científica, como a nivel colectivo, en forma de descubrimientos, avances en tecnología, etc., son excepcionales. Si te gusta la ciencia y el espacio, ¡éste es tu sitio!

Y por supuesto, nunca debéis olvidar que como dijo Isaac Newton (1643-1727):
“Si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes”.

Beatriz Sanchez-Cano
Doctora en Ciencias Físicas
Post-Doctoral Research Associate, University of Leicester, Reino Unido.

Escucha música mientras lees.


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