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Los experimentos realizados en una cámara bajo condiciones similares a las de Marte en un laboratorio de la Universidad de Oregón sugieren que pueden producirse pequeñas chispas por fricción en condiciones atmosféricas normales.
Según los investigadores de la Universidad de Oregón, la fricción causada por el contacto de las partículas de polvo marciano seco puede producir descargas eléctricas en la superficie y en la atmósfera del planeta.
Sin embargo, es probable que estas chispas sean pequeñas y supongan poco peligro para futuras misiones robóticas o humanas al planeta rojo, informan en un artículo publicado en la revista Icarus.
Los aterrizadores Viking en la década de 1970 y los orbitadores desde entonces detectaron limos, arcillas, formas de lecho arrastradas por el viento y diablos de polvo en Marte, lo que planteó preguntas sobre la posible actividad eléctrica.
Los científicos han tratado de determinar experimentalmente si es posible que se produzcan grandes tormentas eléctricas y relámpagos, y si la electricidad estática generada por las partículas de la roca basáltica del planeta que golpean a los vehículos o, eventualmente, a los seres humanos que visitan el planeta con equipos de protección, supondría un peligro.
Utilizando ceniza volcánica como sustituto del polvo marciano, los investigadores del laboratorio del vulcanólogo de la UO Josef Dufek descubrieron que las descargas eléctricas en los diablos de polvo marciano y las tormentas son realmente posibles. Sin embargo, las descargas serían probablemente pequeñas debido a los débiles campos eléctricos, cercanos a los 20 mil voltios por metro, soportados por la atmósfera marciana.
La atmósfera terrestre, en comparación, puede soportar campos eléctricos que alcanzan los 3 megavoltios por metro, produciendo espectaculares tormentas eléctricas atronadoras, comunes y a veces mortales en el sureste de Estados Unidos, dijo Joshua Méndez Harper, ingeniero de investigación del Centro de Vulcanología de Oregón en el Departamento de Ciencias de la Tierra.
"Nuestros experimentos, y los de otros antes que nosotros, sugieren que en Marte es fácil obtener chispas cuando se agita la arena o el polvo", dijo Méndez Harper. "Sin embargo, puede ser difícil, incluso en grandes tormentas de polvo o dentro de los diablos de polvo, obtener descargas muy grandes o relámpagos convencionales porque la atmósfera marciana es mala para almacenar carga".
Tales procesos triboeléctricos o de fricción previstos se experimentan a menudo en la Tierra por medio de calcetines que se deslizan por la moqueta y luego tocan el pomo de una puerta o pegan un globo en una ventana después de frotarlo en el cabello humano.
Los diablos de polvo marcianos, dijo, pueden parecer chispear, crepitar o brillar débilmente mientras ruedan por el paisaje desecado de Marte, pero con descargas probablemente tan pequeñas que no pueden ser visibles excepto a través de la detección de sus ondas de radio.
Los experimentos anteriores para determinar si podían producirse descargas de chispas no fueron concluyentes porque las partículas se arremolinaban de forma que entraban en contacto con las paredes de los recintos de prueba. En algunos experimentos se utilizaron partículas de materiales que no se encuentran en Marte. Estos contactos podrían haber provocado una carga no característica de una tormenta de polvo marciana.
"Nos propusimos determinar si las chispas observadas en trabajos anteriores eran representativas de Marte o meros artefactos experimentales", dijo Méndez Harper.
En la UO, Méndez Harper, Dufek y George McDonald, investigador postdoctoral de la Universidad de Rutgers, sortearon la limitación de la exposición a la pared utilizando un tubo de vidrio vertical de tamaño comparable al de una botella de agua que mide unos 10 centímetros de diámetro y 8 de longitud.
Crearon la carga triboeléctrica mediante la colisión de partículas de ceniza basáltica procedente de la erupción volcánica del Xitle en México hace unos 2.000 años.
Las colisiones en los tubos sellados se produjeron a las velocidades de fricción esperadas durante una ligera brisa marciana, sin que las partículas tocaran las paredes exteriores y en una presión atmosférica de 8 milibares de dióxido de carbono, similar a la encontrada en la superficie marciana.
El basalto mexicano utilizado en el proyecto es similar al basalto marciano, tal y como lo detectaron los rovers de las misiones Pathfinder y Mars Exploration Rover y los análogos de polvo desarrollados por el Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
A modo de comparación, el equipo de investigación realizó experimentos en los que se permitió que las partículas entraran en contacto con superficies ajenas a las condiciones previstas en Marte. Se produjeron chispas en ambos conjuntos de experimentos, pero la adición de una pared artificial cambió la polaridad de las descargas.
"Nos interesaba realizar este trabajo por el número de nuevas misiones a Marte y el potencial de limitar las observaciones", dijo Dufek, profesor del Departamento de Ciencias de la Tierra y director del Centro de Vulcanología de Oregón. "La cuantificación del comportamiento de la carga y la descarga influye en el transporte del polvo en la atmósfera y se ha estudiado durante mucho tiempo en relación con la modulación de las reacciones químicas, incluida la síntesis de compuestos orgánicos".
La misión de la NASA a Marte que aterrizó el 18 de febrero incluye el roverance y el helicóptero robótico Ingenuity.
La baja energía de las descargas en Marte, tal y como indican los nuevos experimentos, significa que es poco probable que estos efectos afecten a las operaciones mecánicas, dijo Dufek.
Sin embargo, el cráter Jezero, lugar de aterrizaje del Perseverance, parece experimentar regularmente tormentas de polvo en otoño e invierno. Esto, según McDonald, puede proporcionar oportunidades para realizar observaciones rudimentarias de los fenómenos electrostáticos.
Uno de los objetivos de la misión Perseverance es evaluar las condiciones ambientales del pasado. La evidencia de una atmósfera más importante en el pasado tendría una relación con el entorno eléctrico del planeta y cómo ha cambiado con el tiempo.
"La gran conclusión de este estudio es que Marte puede ser un lugar eléctricamente activo, aunque de manera muy diferente a la Tierra", dijo Dufek. "El hecho de que el polvo analógico de Marte se cargue fácilmente hasta el punto de descarga incluso cuando los granos no rozaron otras superficies sugiere que los futuros colonos pueden encontrar un mundo modificado por la electricidad estática de forma sutil".
Fuentes, créditos y referencias:
“Detection of spark discharges in an agitated Mars dust simulant
isolated from foreign surfaces” by Joshua Méndez Harper, Josef Dufek and
George D. McDonald, 11 December 2020, ICARUS.
DOI: 10.1016/j.icarus.2020.114268