Un reciente estudio, liderado por el Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA, ha
evidenciado la presencia de turbulencia atmosférica nocturna en el cráter Jezero
(Marte), donde se encuentra el rover Perseverance de NASA.
Los datos del instrumento español MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer)
adquiridos durante la mitad de un año marciano, y las simulaciones llevadas a cabo con
el modelo meteorológico MRAMS (Mars Regional Atmospheric Modeling System), han
permitido estudiar la evolución estacional y la variabilidad de la turbulencia atmosférica
nocturna dentro del cráter. MEDA, liderado por el CAB y cuyo investigador principal es
Jose Antonio Rodríguez-Manfredi, es uno de los siete instrumentos a bordo del rover
Perseverance, con el que lleva a cabo una continua y precisa caracterización de los
procesos físicos más relevantes en la capa más baja de la atmósfera marciana para
entender mejor su dinámica atmosférica en apoyo de la futura exploración de ese
planeta, tanto tripulada como robótica. Las predicciones meteorológicas realizas con
MRAMS en Pla-García et al. 2020 concuerdan muy bien con las observaciones llevadas
a cabo con MEDA, por lo que esta concordancia justifica la utilización del modelo para
investigar cual es el origen de la turbulencia nocturna observada en el cráter Jezero.
La atmósfera de Marte es muy susceptible a la turbulencia, entendida como la variación
caótica e instantánea de variables como la temperatura, la presión o el viento. Aunque
las condiciones nocturnas marcianas cerca de la superficie suelen ser muy estables
debido al fuerte enfriamiento que inhibe eficazmente los procesos convectivos de
ascensos y descensos de aire, pueden producirse turbulencias debido a cambios en la
velocidad y/o dirección del viento entre dos capas atmosféricas a diferente altura, lo que
se conoce como cizalladura del viento. Las observaciones nocturnas de MEDA lo
corroboran, mostrándose rápidas fluctuaciones simultáneas tanto en la velocidad del
viento como en las temperaturas del aire. Por las noches, cuando esperábamos que
todo estuviera en calma, tenemos una atmósfera muy agitada. Este fenómeno puede
forzar mecánicamente la turbulencia, tal y como se describe en el estudio. Tanto las
observaciones como las simulaciones numéricas muestran turbulencia durante la
primera parte de la noche (entre las 19:00 y las 21:00 hora local) y alrededor de
medianoche la mayor parte de las épocas del año, con un claro parón justo antes del
solsticio de verano, el cual estamos investigando.
En el estudio se aportan pruebas convincentes (ver Figura) que apuntan como
responsables de la cizalladura del viento (que es a la postre la causante de la turbulencia
observada), al rozamiento entre masas de aire con diferente velocidad y dirección. El
modelo meteorológico muestra olas atmosféricas cerca del suelo entrando en el cráter
desde el oeste (colores azulados en la figura) friccionando con fuertes vientos por
encima que soplan desde el este (colores rojizos en la figura). Estos fuertes vientos en
altura están asociados a una corriente en chorro de bajo nivel (low-level jet en inglés).
Es precisamente la enorme cizalladura del viento la que provoca la aparición de
turbulencia mecánica, es decir, masas de aire más cálidas en altura que son forzadas a
descender hasta la superficie, tal y como evidencian los repentinos cambios en las
velocidades de viento y las temperaturas del aire observadas por MEDA.
Figura. Corte en sección del cráter Jezero donde se muestran los resultados del modelo
meteorológico MRAMS con vientos a las 20:00 hora local para el sol #50 de la misión. El borde
oeste de Jezero está a la izquierda. La velocidad del viento horizontal se muestra en la escala
de colores. También se muestran con flechas blancas los vientos totales incluyendo la
componente vertical exagerada x5. Los valores de la energía cinética turbulenta (TKE) se
muestran en contornos negros. La ubicación del rover Perseverance corresponde al valor del eje
x = 17,5.
Los resultados demuestran que las mediciones atmosféricas continuas de alta
frecuencia realizadas por los sensores de MEDA son clave para desvelar las
propiedades de la turbulencia atmosférica marciana y proporcionan datos valiosísimos
para probar y refinar la física implicada en los modelos atmosféricos. Del mismo modo,
los modelos de la circulación atmosférica, aplicados en este caso al cráter Jezero, son
fundamentales para interpretar estos datos.
El instrumento MEDA
MEDA fue construido por un equipo internacional liderado por el CAB y el INTA, y del
que también forman parte las siguientes instituciones españolas: la Universidad de
Sevilla/Instituto de Microelectrónica de Sevilla, la Universidad Politécnica de Cataluña
(Grupo de Micro y Nanotecnología), la Universidad del País Vasco, la Universidad de
Alcalá de Henares y el Instituto de Química-Física Rocasolano, así como la
imprescindible contribución de la industria con Airbus CRISA, AVS-Added Value
Solutions y ALTER Technology.
También forman parte del consorcio las siguientes instituciones internacionales: Jet
Propulsion Laboratory de NASA (JPL), Lunar and Planetary Institute (LPI), Space
Science Institute (SSI), Aeolis Research, NASA Ames Research Center, NASA Goddard
Space Flight Center, el Instituto Meteorológico Finés y la Universidad de Padua.
MEDA es una contribución de España a la misión Mars 2020 de NASA, y ha sido
financiada a través del Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI) y la
Agencia Estatal de Investigación (AEI) del Ministerio de Ciencia e Innovación (MICIN).
Las contribuciones estadounidenses han sido financiadas por el programa Game
Changing Development dentro de la Dirección de Tecnología Espacial para Misiones de
la NASA.
