Mapeo de los casquetes polares de dióxido de carbono en Marte

2ºBachillerato-2024 IESPlazadelaCruz

Resumen

Losrovers Curiosity y Perseverance enMarte cuentanconlasestacionesmeteorológicas Rover EnvironmentalMonitoringStation (REMS)y MarsEnvironmentalDynamicsAnalyzer (MEDA),respectivamente,coninstrumentosque midendiversasvariablescomolapresión atmosféricaylatemperaturaambiente.Losdatos captadosporambosrovers,disponiblesenel SistemadeDatosPlanetarios(PDS,porsussiglas eninglés),sumadosalasimágenesdelos casquetespolaresenviadasporelorbitador Mars ReconnaissanceOrbiter (MRO),permitenun estudiodelciclodelCO2 marciano,asícomoun análisisexhaustivodelprocesoderecesióny expansióndeloscasquetespolaresenambos hemisferiosmarciano.

Losdatosutilizados,pertenecientesa MY 35y MY 36,muestranlainterdependenciaentrela presióndelplanetaylacantidaddeCO2 condensadoenloscasquetespolares,ademásde demostrarlaaltavariabilidadestacionaldela atmósferamarcianaylarepetibilidadanuale interanualdelprocesodesublimacióny condensacióndeCO2(s)enloscasquetespolares. del.Atravésdelamanipulaciónde204delas imágenesmosaicotomadasporMROmedianteel programaGIMPyelanálisisdelosdatosdelos rovers Curiosity y Perseverance,seestableceuna clararelaciónentreambasvariables.

Palabrasclave

Marte,atmósfera,rover Perseverance, casquetespolares,ciclodelCO2,GIMP

Abstract

TheCuriosityandPerseveranceroverson MarshavetheRoverEnvironmentalMonitoring Station(REMS)andtheMarsEnvironmental DynamicsAnalyzer(MEDA)weatherstations, respectively,withinstrumentsthatmeasure multiplevariablesasairpressureorambient temperature.Thedatacollectedbybothrovers, availableonthePlanetaryDataSystem(PDS), addeduptotheimagesoftheicecapssentbythe MarsReconnaissanceOrbiter(MRO),allowan studyofthemartianCO2 cycle,apartfroma thoroughanalysisoftheicecaps’recessionand expansionprocessesonbothofthemartian hemispheres.

Thedatathathasbeenused,belongingtoMY 35andMY36,showstheinterdependence betweentheplanet’spressureandtheamountof CO2 condensedontheicecaps,aswellas demonstratingthehighseasonalvariabilityofthe martianatmosphereandtheannualand interannualrepetitionoftheCO2(s)sublimation andcondensationprocessontheicecaps.By meansofthemanipulationof204ofthemosaic imagestakenbyMROthroughtheGIMPprogram andtheanalysisoftheCuriosityandPerseverance rovers’data,aclearrelationshipbetweenboth variablesisestablished.

Keywords

Mars,atmosphere, Perseverance rover,ice caps,CO2cycle,GIMP

Agradecimientos

NosgustaríaagradeceralDr.IñakiOrdóñez-Etxeberría,delPlanetariodePamplona,todoelapoyoy asesoramientoquenoshatransmitidoalolargodeesteproyecto.

1.Justificación

LarealizacióndeestetrabajodeinvestigaciónsurgecomopropuestaplanteadaporelPlanetariode Pamplona.Setratadeunproyectocuyosobjetivosprincipalessonanalizarlasinteraccionesentrela atmósferadeMarteysuscasquetespolaresyrelacionarelcomportamientodedichassuperficiesheladascon lainfluenciaquetienensobrelapresiónatmosféricadelplanetarojo.Portanto,esunacercamientoal funcionamientodeestainteraccióndedióxidodecarbonoenfasessólidaygas,quepodríaserunmodeloútil paraentenderelprocesodeefectoinvernaderoquesufrecíclicamenteMartey,porextensión,poder profundizarenelentendimientodeestemismoefectoenelplanetaTierra.

Enconcreto,eldesarrollocientíficodeestetrabajohaconsistidoenprofundizarenelentornomarcianoy enelestudiodesumeteorología.Concretamente,nuestrainvestigaciónsecentraespecialmenteenelestudio detemperaturaypresiónmediadelplanetarojoduranteunperiododetiempodefinido,asícomode determinarsiexisteunarelaciónentrelamasadeloscasquetespolaresconelaumentoydisminucióndela presiónatmosférica.

Unadelasprincipalescontribucionesdenuestrotrabajohaconsistidoenaplicarunmétodosencilloque realizaelseguimientodeloscasquetespolaresutilizandoimágenesdetipomosaicocaptadaspor MarsColor Imager (MARCI) delorbitador MarsReconnaissanceOrbiter (MRO).Hemosaplicadounatécnicasencillay muyaccesibledeanálisisdeimágenesporprimeravez.

Adicionalmente,elanálisisexhaustivodelosdatosdetemperatura,presiónatmosféricayradiaciónUV, captadosporlosrovers Curiosity y Perseverance,hapermitidodeterminarpatronesdedependenciaentrela recesióndeldióxidodecarbonodeloscasquetespolaresysuinfluenciaenlaatmósferamarciana.

Eldesarrollodelproyecto,noshaaportadoconocimientosdediseñoeimpresión3D,aligualquela introducciónalámbitodelaexploraciónespacialyelentornomarciano.

2.Objetodeestudio

Enesteproyectoseplanteandosobjetosdeestudio.

Ladimensióncientíficadeesteestudiopretendedeterminarlapresiónytemperaturamediaysus medianasapartirdelosdatosrecogidosporlasestacionesmeteorológicasMEDA(MarsEnvironmental DynamicsAnalyzer,eninglés)yREMS(RoverEnvironmentalMonitoringStation),abordodelosrovers Perseverance y Curiosity,respectivamente.Paraesto,trabajaremosconlosdatosrecabadosporsus estacionesmeteorológicasenelperiodocomprendidoentreel1deenerodel2020yel28defebrerodel 2022.Sepropone,además,estudiarlaevolucióndedichasvariablesalolargodeesteperiodotemporal.

Asimismo,seplanteaestablecerunarelaciónentredichosresultadosyaquellosobtenidosdelanálisisde variaciónenlasuperficiedelasmasasdedióxidodecarbonodeloscasquetespolaresenMarte.Estese realizarámedianteeltratamientodeimágenesmosaicodeloscasquetespolaresmarcianostomadasporla cámaraMARCIabordodelorbitadorMROenelmismoperiodotemporal.

LasvariablesmeteorológicasaestudiarylavariacióndeCO2(s)enloscasquetespolaresdeMarteestán fuertementerelacionadasporlasestacionesyelciclodeldióxidodecarbonodelplanetay,portanto,el objetivoprincipalesestudiarlainterdependenciaeinteracciónentreambas.

3.Antecedentes

3.1.Definicionesoperacionales

ParapoderanalizarconprecisiónloseventosasociadosalciclodeCO2 marcianoysuvariabilidad,es esencialconocerlalocalizacióndeMarteensuórbita.Debidoalaausenciadeuncalendario,lalocalización temporalmarcianaconcretadeuneventosedescribecon:

1. AñoMarciano,MY.Seutilizalaconvenciónparanumerarlosañosmarcianosqueproponeel comienzodelprimerañomarciano MY 1enel11deabrilde1955(Ls=0º)(Clancy etal.,2000).

2. Parámetrodelalongitudsolar, Ls.ÁnguloquerecorrelalíneaimaginariaSol-Martedesdela posicióndelequinocciodeprimavera.Estevalorseráutilizadoalolargodeestedocumentopara contextualizarlascondicionesdeinsolaciónquepercibeelplanetaenesemomento(VéaseFigura1) (UniversityofOxfordyTheOpenUniversity,2022).

Figura1: ÓrbitadeMarteconsuscaracterísticas.Fuente:Modificadode AtmósferadeMarte (tayabeixo.org)(Teh,2019).

3. Sol,díamarciano: TiempoenelqueMarterealizaunarotaciónsobresímismo.Sutiempomedioes de24horas,39minutosy35segundos,alrededordeun3%mayoraundíaterrestre(Allison,1997).Elaño marcianoseprolongadurante668,6soles(1año,321díasy7horasterrestres,ocasidosañosterrestres), motivoporelcuallasestacionesenMartetienenaproximadamenteeldoblededuraciónquelasterrestres (Zurek etal.,1992).

4. Sublimación:EnlospolosnorteysurMarte,elpasodeCO2 enestadosólidoagasenlaatmósfera enlosmesesdeprimaverayveranoo,porelcontrario,degasasólidoenotoñoeinvierno(Piqueux etal., 2015).

3.2.Contextualización

3.2.1.Dinámicaatmosféricayvariabilidadestacionalmarciana

Elestudiodelameteorologíamarcianaesuncampomuyamplioquepermitebuscarsimilitudesen eventosmeteorológicosquepuedensercomunesenlaTierrayenMarte:tormentasdepolvo,cambiosenla presiónatmosférica,transicionesdetemperaturaentreeldíaylanoche, dustdevils,cambiosestacionales, etc.

LapresiónatmosféricamediadeMartees6,5milibares,tansoloun0,6%delaterrestre,de1016 milibares.Estoesdebidoalamenordensidaddelaatmósferamarciana,de0,02kg/m3,60vecesmenorque aquelladelaTierra(Zurek etal.,1992).LaatmósferadeMarteestáprincipalmentecompuestapordióxido decarbono,nitrógenoyargón,cuyasproporcionessepuedenencontrarenlastablasdelAnexoI.Además,la atmósferasevereducida,teniendoencuentaquelamasadeesteplanetaesmuchomenorquelaterrestrey, portanto,pierdegasesaunavelocidadde100kilogramosporsegundo(VaquerizoGallego,2020,p25).

Labajadensidaddelaatmósferacontribuyetambiénaqueelplanetatenga,igualmente,unatemperatura mediamuchomásreducidaquelanuestra,detansolo-63ºC.Porotrolado,lavariabilidaddelatemperatura estambiénmuchomayorcontemperaturasdiurnasquepuedenalcanzarlos100ºCybajardelos-100ºC durantelasnoches(VaquerizoGallego,2020,p.26).

Martetiene,actualmente,25,2ºdeoscilaciónaxial,unainclinaciónparecidaalaterrestre,de23,5º. Además,laórbitamarcianatieneunaformamuchomáselípticaytieneuntamaño5vecesmayorqueeldela Tierra(Clancy etal.,2017).Estosignificaque,aligualquelaTierra,elplanetasufregrandesdiferenciasde insolaciónentrehemisferiosyexistenvariacionesmeteorológicasestacionales.Sinembargo,estasestán muchomásacentuadasenMarteporlaformayexcentricidaddelaórbitaplanetaria(Trainer etal.,2019).

Lasestacionescambiancada90º,segúnelparámetrodelongitudsolar(Ls),ydurantresmeses marcianos.Laduracióndecadaestaciónmarcianaoscilaentrelos143y194soles(UniversityofOxfordy TheOpenUniversity,2022).Así,porejemplo,elequinocciodeprimaveraenelhemisferionorte(HN) ocurreen Ls =0º,simultáneamentealequinocciodeotoñoenelHS(VéaseTabla1).

HemisferioNorte

Cráter Jezero (18,4ºN,77,5ºE)

HemisferioSur

Cráter Gale (5,4ºS,137,8ºE)

Primavera(PHN) Verano(VHN) Otoño(OHN) Invierno(IHN)

Otoño(OHS) Invierno(IHS) Primavera(PHS) Verano(VHS)

Tabla1: Duracióndelasestacionesmarcianasencadahemisferioenrelaciónconlos Ls ylossoles (Clancy etal.,2017).Fuente:Elaboraciónpropia.

Porotrolado,enlavariabilidadestacionalinfluyelarápidarotacióndeMarte.Sibienesciertoque nuestroplanetacomparteestacaracterística,lapresenciadeocéanosenlaTierraamortiguanotoriamentelos contrastesdetemperaturaenelplaneta.Porelcontrario,Marte,alcarecerdeestemecanismode autorregulaciónposeeunoscontrastesdetemperaturamuchomásextremosquelaTierra.Estosgrandes gradientesdetemperaturageneranunacirculaciónglobaldeairealolargodetodalasuperficiemarciana, dandocabidaafenómenosnaturalesextremos.Apesardeestadiferenciacrucial,ambasatmósferasserigen globalmenteporlareparticióndiferencialdelcalorprocedentedelSol.

LacirculacióndelaireglobalanteriormentemencionadadalugaralaformacióndecélulasdeHadley.En elcasodeMarte,debidoasumenortamañoyalaausenciadeocéanos,sucirculaciónatmosféricaparece seguirlaconfiguracióndeunasolacéluladeHadleyentrelaslatitudesmediasdeamboshemisferiosydos célulasdecirculaciónpolares(alcontrarioquelaTierra,quecuentacon3célulasdecirculaciónencada

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN hemisferio).Estacirculaciónglobal,asuvez,generadosjetsocorrientesdechorroquesonmuy dependientesdelaestacióndadalabajadensidaddelaatmósferaylaausenciadeocéanos,queconllevauna bajainerciatérmicaatmosférica(Sánchez-Lavega,2010)(VéaseFigura3).Además,laexcentricidadorbital deMarteconduceaunacéluladeHadleymásfuerteyanchadurantesuinviernoseptentrionalen comparaciónconsuinviernoaustral.

Enconclusión,elclimamarcianoesunsistemacomplejoydinámico,altamentedependientedelas estacionesdelplaneta.Otrasconsecuenciasdeestavariaciónestacionalenlascondicionesatmosféricasson losciclosquecaracterizanalplanetacuyosprotagonistassonlacirculaciónatmosférica,elciclodelagua,el ciclodelCO2 yelciclodelpolvo (LeyvaFernández,2021).Unaposibleinteracciónentreestosciclosse muestraenlaFigura2.

InteracciónentrelosciclosqueafectanalclimadeMarte.Fuente:Elaboraciónpropiaapartir deMillour etal.,(2012).

EsteproyectosecentraenunaaproximaciónalciclodelCO2 queeselprincipalprocesodealta dependenciaestacionalqueexperimentaelplanetaMarte(VéaseFigura3).Tantosuscaracterísticascíclicas comolavariabilidadinteranualquepresenta,sonclavesparaentenderlaformaciónyevolucióndelclima marciano(Millour etal.,2012).

3.2.2.CiclodelCO2 ycasquetespolares

ElciclodelCO2 enMarteimplicavariasinteraccionesentrelaatmósferaylasuperficie.ElgasCO2 compone~95%delaatmósferamarciana(Owen etal.,1977;Mahaffy etal.,2013),yaproximadamenteel 25-30%delaatmósferasereciclaanualmenteatravésdeloscasquetespolaresestacionalesdeambos hemisferios(Prettyman etal.,2009)(VéaseFigura3).

Duranteelotoñoeinviernodeunodeloshemisferios,existeunazonaalacualelSolnoconsigue alcanzar.Aquí,eldióxidodecarbonosecondensagradualmentegraciasalasbajastemperaturas,formándose asíuncasquetepolar.Dichoprocesopuedellegarareducirlaatmósferahastaenun30%(Tillman etal., 1993,Prettyman etal.,2003) Conlallegadadelaprimaverayelverano,eldióxidodecarbonosesublima denuevoenrespuestaalaradiaciónsolar,pero,sinembargo,seformaenelhemisferiocontrario(Piqueux et al.,2015).Deestamanera,secreauncicloconstantedelCO2.

LaextensióndelosdepósitossólidosdeCO2 estácontroladaporsuequilibrioconlaatmósfera predominantementedeCO2 que,asuvez,dependedepropiedadesfísicascomosualbedoyemisividad infrarroja.SielalbedodelCO2 condensadoeslosuficientementegrande,lacondensaciónpuedeigualaro superarlasublimaciónduranteuncicloanual;porlotanto,sonposibleslímitesdeCO2 permanentes(o residuales)quesobrevivenatodoelcicloestacional.Laexistenciadetalesdepósitostieneunagran importanciaparaelclimamarciano.Además,laliberacióndeestegasenunaatmósferatanpocodensacomo ladeMarteaumentalamasadeestay,enconsecuencia,causagrandescambiosdepresiónenlosdistintos hemisferiossegúnlasestaciones.

Figura2:

enMarte.Fuente:ModificadoapartirdeCatling,D.yKasting,J.,(2017).

Loscasquetespolaresson,consecuentemente,consideradosmomentáneosenlageologíamarciana; aunqueesciertoqueexistenresiduosqueperdurandemanerainalterableenlasregionespolares(Byrne et al.,2009):laNRIC(NorthernResidualIceCap)enelnorte,formadaporhieloysedimentosdepolvo (Kieffer etal.,1976);ylaSRIC(SouthernResidualIceCap)enelsurdelplaneta,compuestaprincipalmente porCO2 sólidodealtoalbedo(Kieffer,1979).Además,encontramosbajoestaszonaspermanentemente heladasunascapasdeaguasólidaconpolvodepositadodesdelaatmósferallamadasPLDs(PolarLayered Deposits oDepósitosEstratificadosPolares)(Byrne etal.,2009).Estascúpulasdehieloestánsituadasenel hemisferionorteenel PlanumBoreum,yenelhemisferiosurenel PlanumAustrale.Ocupan1,14y1,6 millonesdekilómetroscúbicosrespectivamente,dejandoelvolumendeloscasquetesresiduales,tantoelde laNRICcomoeldelaSRIC,comoprácticamenteinsignificante(Smith etal.,2001).

Lapresiónatmosféricacambiaun26%debidoaloscambiosestacionalesdesublimación/condensación deldióxidodecarbonoenlospolos.Muchodeldióxidodecarbonovaporizadosedesplazaalospolosyse precipitaallí(VéaseFigura3).Enloshemisferiosnorteysur,lossistemasdealtapresiónseformandurante losmesesdeveranoylosdebajapresiónsedesarrollanduranteelinvierno.Lamáximadiferenciadepresión ocurrecuandoesveranoenelhemisferiosureinviernoenelhemisferionorte(Prettyman etal.,2009).

CO2 (s)(casquetes,superficie) ⇄ CO2(g)enlaatmósfera (Ecuación1)

Lacomposicióndeloscasquetespolaressufreunrápidocambioensutamañoqueserepiteconuna periodicidadanual.Losprocesosdesublimación/condensacióndelCO2 estánsometidosaloscambiosde temperaturaestacionalesdeMarte.Chow etal. (2019)publicaronrecientementeunamodelizacióndelos procesosdesublimación/condensacióndeCO2 queocurrenenlospolosysuinfluenciaenelcambiodela presiónatmosféricadeMarte,dejandopatentelainterdependenciaentrelapresiónatmosféricaglobalde MarteylacantidaddeCO2(s)enloscasquetespolares(VéaseFigura33).

LadistribuciónexactadelamasadelCO2 gasyelCO2 sólido(hielo)nosólovaríaestacionalmente,sino tambiénalolargodeescalasdetiempomáslargas.Loscambiosenlaoblicuidad,laestacióndelperihelioy otrosparámetrosorbitalesafectanladistribucióndelainsolación(tantolatitudinalcomoestacionalmente),la cual,asuvez,influyeenelciclodelCO2..EstoscambiosafectanalacantidadylaextensióndeCO2(s) condensadoestacional(Mischna etal.,2003).

Cabedestacarquelasublimaciónycondensacióndeloscasquetesnosóloesafectadaporlavariabilidad estacionaldetemperatura,sinoqueotrosprocesos(elciclodelaguayelciclodelpolvo,principalmente) modificanalciclodeCO2 (VéaseFigura2).Esimportantemencionarqueelaguasólidadelsubsuelo,muy abundanteenlasregionespolares(Bandfield&Feldman,2008),puedecomportarsecomouncondensador térmicoquealmacenacalorenelveranoyqueprovocaunadisminucióndelaacumulacióndeCO2 duranteel otoñoyelinvierno(Haberle etal.,2008).Asuvez,elpolvotambiénpuedecambiarlaemisividadyel albedodelhieloylanievedeCO2.alterandolavelocidadalaqueelhielosublima(Bonev etal.,2002).

3.2.3.ObservaciónyestudiodelciclodelCO2 yloscasquetespolares

ElaumentoydisminucióndeloscasquetespolaresestacionalesdeMartesehaobservadodesdelaTierra durantevariossiglos(Herschel,1784;James etal.,1992).Antesdelasobservacionesdelasnaves espaciales,lacomposicióndominantedelhieloestacionaleracontrovertida.AfinalesdelsigloXVIII, Herschel(1784)fueelprimeroenobservarlanaturalezadinámicadeloscasquetespolaresycreíaquelos casquetespolaresestabancompuestosdehieloH2O;éstafuelacreenciapopulardurantecasidossiglos. AhorasabemosqueloscasquetespolaresestacionalesestáncompuestospredominantementedehielodeCO2 concantidadesmenoresperovariablesdehielodeaguaypolvo(Neugebauer etal.,1971;CalvinyMartin, 1994;KiefferyTitus,2001;Langevin etal., 2007).

Además,losprocesosestacionalesdeMarteestándominadosporlasublimaciónycondensacióndeCO2 enunclimacontroladoporelequilibriodelapresióndevapor(p.ej.,LeightonyMurray,1966;Mischna et al.,2003),con~25%delaatmósferacirculandoanualmentehacialasuperficiecomohieloynievedeCO2 (Tillman etal.,1993;Kelly etal.,2006).Laactividadsuperficialasociadaconlasublimacióndelhielo estacionalfuecaptadaendetalleporprimeravezporla MarsObserverCamera del MarsGlobalSurveyor (MalinyEdgett,2001).

Comprenderlaevoluciónestacionaldeloscasquetespolareshasidountemadeinterésconstantepara delimitarmejorelbalancedeenergíapolarylavariabilidadinteranual.Lavariaciónestacionaldelos casquetessehainvestigadoenamboshemisferiosutilizandodiferentesmétodos:conaltimetríavisible (Calvin etal.,2015,2017;Acharya etal.,2023),térmica(Piqueux etal.,2015;Bapst etal.,2015)yláser (Smith etal.,2001;Aharonson etal.,2004),asícomoconobservacionesespectrales(Brown etal.,2010, 2012;Schmidt etal.,2010).Losresultadosdeestosestudiosenformademapaspromediados longitudinalmentedelastasasderetrocesodelhieloestacionalson,engranmedida,consistentesentodoslos tiposdedatosconpequeñasvariacionesatribuidasadiferenciasenlaresoluciónodefinicionesdebordede límiteestacional(Calvin etal.,2017).Sinembargo,seobservaunavariabilidadinteranualsignificativa, particularmentecercadelosmárgenesdelosdomosdehieloresiduales,queretienendepósitosdealtoalbedo enalgunoslugaresenalgunosaños,peronoenotros(porejemplo,Calvin etal.,2015,2017;Thomas etal., 2020).Sehaobservadoquelosfenómenosdepolvoquerodeanelplanetainfluyenenlastasasderetiradaa cortoplazo(Piqueux etal.,2015;Acharya etal.,2023).

Lapresiónatmosférica insitu sigueunciclorepetibleanual,comoseobservaenlosconjuntosdedatosde Viking (Tillman etal.,1993)y Curiosity (Ordóñez-Etxeberria etal.,2019).Elmínimodeesteciclose alcanzaduranteelinviernoaustral.Debidoalaexcentricidadorbital,elmomentodelafelioylamayor elevación,elinviernodelsuresmáslargoymásfríoqueelinviernodelnorte.Estodacomoresultadouna coberturamásextensadehieloestacionalenelhemisferiosuryelmínimomásprofundodelacurvade presiónenestatemporada.

EnestetrabajoexploramoslasdiferenciasenlosprocesosestacionalesdelCO2(s)enloshemisferios norteysur.SiMartefueraunaesferaenunaórbitacircular,loslímitesestacionalesdelcasquetepolarylos procesosestacionalesseríansimétricos.Sinembargo,noloesylaactividadestacionalesmuchomás compleja.LaórbitadeMarteeselíptica,porloquelasdiferenciasenlainsolaciónamedidaqueavanzael añodeMarteimpulsanlasdiferenciasnorte-sur.Lasdiferenciasdeelevaciónentreloscasquetespolares norteysursonsustanciales.Lasdiferenciasgeológicassonimportantesalahoradehacerestacomparación. Sehandescritoprocesosestacionalesparahemisferiosindividuales,peronosehancomparadoni contrastadoexhaustivamente.NoscentramosprincipalmenteenelcomportamientodelCO2,sibienescierto queelaguaesuncomponenteimportante,aunquemenor,delcasquetepolarnorte.

3.2.4.Ciclodelpolvomarciano

Apartedeesto,Martesufredecambiosensusvariablesdepresiónytemperaturadebidoalosfenómenos meteorológicosqueafectanalplaneta,mayormentedefinidosporelciclodelpolvo.Estetieneunagran influenciaenlatemperaturadelplaneta,yaquelacantidadygradodedispersióndelpolvolaafectanal absorberoextenderestelaluzylaradiación,calentandooenfriandoelplanetasegúnlascondiciones(Leyva Fernández,2021).

Elmovimientodeestepolvo,queentraalaatmósferaporcorrientesconvectivasoporelarrastredel viento,causafenómenoscomolos DustDevils,vórticesformadosenzonasdebajapresiónquepermitenal polvoascender(LeyvaFernández,2021).Tambiéncreatormentasdepolvoquepuedenvariarenfuerzay alcance,lascualessonmuchomáscomunesdurantelaépocadelañomarcianocomprendidaentre Ls=180ºy Ls=360º(UniversityofOxfordyTheOpenUniversity,2022),conocidacomo“dustyseason”(Leyva

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN Fernández,2021).EstassondemagnitudesmayoresalasquepodemossufrirenlaTierra,ytienen,portanto, unmayorimpactoenlameteorologíadelplaneta(Kok etal.,2012).

4.Hipótesisyobjetivos

SibiensehanrealizadomuchosestudiosparacomprenderlosciclosdelCO2 deMarte,losesfuerzospara observarestosciclosmedianteteledetecciónorbitalenelcasquetepolarsursonlimitadas.

Esteestudioabordalasiguientecuestiónrelativaalateledetecciónorbitaldeloscasquetespolares: ¿PuedenserobservadoslospatronesesperadosdehielodeCO2 utilizandoelanálisisdelasimágenes tomadasporlacámaraMARCI(MarsColorImager)abordodelorbitador MarsReconnaissanceOrbiter (MRO)?

Así,elobjetivoglobal(O)delproyectocientíficoes:

AnalizarlainterrelaciónentreelciclodelCO2 marcianoylavariacióndelacantidaddeCO2(s)en suscasquetespolares.

Comoobjetivossecundariosseplanteanlossiguientes:

● O1:CalcularcualitativamentelacantidaddeCO2(s)enloscasquetespolaresatravésdelanálisis fotogramétricodelasimágenestomadasporlacámaraMARCIdelorbitadorMRO.

● O2:Analizarlapresiónatmosférica(mínima,máximaymedia)deMarteentreel1deenerodel 2020yel28defebrerodel2022conlosdatosrecogidosporelinstrumentoREMSdelrover Curiosity yMEDAdelrover Perseverance.

● O3:EstudiarlainterdependenciaentrelapresiónatmosféricadeMarteduranteunañomarcianoyel cambiodelamasadeCO2(s)deloscasquetespolares.

● O4:Comprobarlaasimetríadelospolos.

● O5:CalcularycompararlatemperaturamediadeMarteentreel18defebrerodel2021yel28de febrerodel2022,loqueequivaleaproximadamentealamitaddeunañomarciano,conlosdatos recogidosporelinstrumentoMEDAdelrover Perseverance yelinstrumentoREMSdelrover Curiosity.

Apartirdeestosobjetivos,sederivanlassiguienteshipótesis:

● H1:ElanálisisporfotogrametríaatravésdelaherramientaGIMPdelasimágenessatelitalesseráútil paralaestimacióndelacantidaddeCO2 quecubreloscasquetes.

● H2:Laspresiones,calculadasapartirdelosdatosdeREMSyMEDAseránsimilares, aproximadamente700Pa.Sedetectancambiosdepresiónconelcambiodelaposiciónenalturadel rover.

● H3:LapresiónatmosféricaaumentaconformelasuperficiedeCO2 vayareduciendosupresencia enloscasquetespolares.Porelcontrario,cuandoeltamañodeloscasquetesaumente,lapresión atmosféricadisminuirá.

● H4:Lasvariacionesdepresiónsonmuysensiblesaloseventosdelpolvo.Así,sedetectaráncambios dePyTcuandosedenfenómenosdepolvo(presenciade DustDevils otormentas).

● H5:LasublimacióndeCO2 enloscasquetespolaresproduceunefectoinmediatoenelaumentodela presiónglobalmarciano.

Lavalidacióndeestashipótesisestructuraestainvestigacióncientífica.

5.Metodología

Paraabordarestosobjetivosseanalizanimágenessatelitalesdeloscasquetespolarestomadaspor MARCIde MarsReconnaissanceOrbiter (MRO).Asimismo,seestudianalgunasdelasvariables meteorológicas(P,TyradiaciónUV)delaatmósferamarcianausandodatosrecogidosporlosrovers Curiosity y Perseverance enviadosaMarteporlaNASA.

5.1.InstrumentosqueaportanlosdatosutilizadosenelanálisisdelciclodelCO2 ydelos casquetespolares

● ObservacióndeloscasquetesconMarsReconnaissanceOrbiter(MRO)

Elorbitador MarsReconnaissanceOrbiter (MRO)selanzóen2005.Suórbitaescasipolar,comoes necesarioparamantenerunaórbitasincrónicaconelsolcercadelas3pm.,horalocal,enelecuadordiurno

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN (NASA,2022).Deentrelosseisinstrumentoscientíficosqueposee,elMarsColorImager(MARCI;Malin etal.,2001)eselqueseutilizaenesteestudio.Concretamente,lacámaraMARCIproporcionaunacobertura sinópticadiariaquepermitemonitorearelretrocesoestacionaldeloscasqueteyloscambiosinteranualesque ocurrenalolargodelosañosmarcianos(Calvin etal.,2015).

● Rover Curiosity

Elrover Curiosity estátomandomedicionesmeteorológicasdiariasenelcráter Gale (5,4° S,137,8° E),en elhemisferiosurdeMarte,cercadelecuador.LaEstacióndeMonitoreoAmbientaldelrover Curiosity (REMS,porsussiglaseninglés)mideyproporcionainformesdiariosyestacionalessobrelapresión atmosférica,lahumedad,laradiaciónultravioletaenlasuperficiemarciana,latemperaturadelaireyla temperaturadelsueloalrededordelrover(NASA,2023).

● Rover Perseverance

Elrover Perseverance estátomandomedicionesmeteorológicasregularesenelcráter Jezero,enlaregión deIsidisPlanitia,enelhemisferionortedeMarte.PoseeunaestaciónmeteorológicaMEDA(Mars EnvironmentalDynamicsAnalyzer(MEDA,porsussiglaseninglés)lacualestádiseñadaparapoder obtenerdatosambientalesmediantesussensoresdeviento,radiaciónsolar,humedad,polvo,presióny temperatura(Munguira etal.,2023).

Losdatosaportadosporestosrovers,disponiblesenlabasededatosPDSNASAydelasimágenesdel MRO,serviránparaalcanzarlosobjetivossecundariosplanteados.

Enesteestudiodiferenciamosdosmetodologíassegúnelanálisisrealizado.

5.2.Metodologíaparaelanálisisdeimágenesdeloscasquetescon MarsReconnaissance Orbiter (MRO)

5.2.1.DescargadeimágenesdeMRO

LosmétodosutilizadosenesteanálisisincluyenelusodeimágenestomadasporMARCIprocedentesde MRO.Sehandescargadolas2217imágenestomadasdurante MY 35y MY 36(desdeel1deenerodel2020 hastael15defebrerodel2022,períodoterrestre),enlasqueseincluyentresimágenesdistintasdecadasol. Deellas,doscorrespondenalaimágenáreadelospolosnorteysury,porúltimo,unaimagentransversalde Marte.Duranteelprocesodetratadodeimágenes,sehanutilizadosolamenteaquellasreferentesaambos polos.

5.2.2.CriteriosutilizadosenelanálisisdeimágenesdeMARCI(MRO)

Elanálisisdeimágenes(VéaseFigura4)seharealizadoatravésdelprogramaGIMP(GNUImage ManipulationProgram).Esteesunprogramagratuitodeedicióndeimágenesdigitalesenformademapade bits,tantodedibujoscomodefotografías.Portanto,unavezdescargadasyseleccionadaslas2217imágenes correspondientesalossolesaanalizar,seaplicaelprograma.Deestamanera,semidenlacantidadde píxelesqueocupanlasáreascorrespondientesalaszonasocupadasporCO2(s)comomedidacualitativadela cantidaddeCO2(s)enloscasquetes.Paradichoanálisis,sehanseguidounaseriedecriteriosypautas:

1.SecalculalacantidaddepíxelesdeloscasquetesconlasimágenesdeloscasquetesdelosHNyHS, aproximadamenteunavezcadasietedías,esdecircuatrovecesalmes.Deestaformalosresultados obtenidosseránmásprecisos.

2.Sedelimita,conlasherramientasqueproporcionaGIMPydelaformamásprecisaposible.el contornoquecorrespondealáreaocupadaporelCO2(s).Esdecir,seintentadelimitarlazonadel casqueteheladohastadondedesaparezcaelcolorblanco,característicodeloscasquetespolares (VéaseFigura4).

3.Lasimágenesdondeencontramosregionesdecolornegro(VéaseFigura4),seconsideraránparte delcasquetepolar,yaquesonsectoresde“nochepolar”alosquenollegaelSolduranteelinvierno desurespectivohemisferio.Estefenómenoesrelevanteeneltratamientodeimágenesdel hemisferiosur.

5.2.3.TratamientodigitaldelasimágenesdeMARCI(MRO)

Acontinuaciónsemuestranlospasosrealizadosparaeltratamientodelasimágenesdeloscasquetes polarestomadasporMARCI/MRO.AlgunasdelascapturasdelprocesosemuestranenelAnexoIII.

1.Importacióndeimagen(Figura4a):seimportaoabrelaimágenquesedeseaanalizaryadescargada desdeelpropioPC.Paraellonosservimosdelapartado“Archivo”,dondeseleccionamos“Abrir”.

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN Automáticamentesedespliegaunpestañaenlaquedeberemoselegirlaimagenatratar.Estase abriráautomáticamente.

2.Delimitacióndeloscasquetes(I)(Figura4b):Unaveztengamoslaimagenpreparada,enlasección “Herramientas”,seselecciona“Herramientasdeselección”ymástarde“Selecciónlibre”.

3.Delimitacióncasquetespolares(II)(Figuras4cy4d):Laselecciónlibrepermiteahoradelimitar,con lamayorexactitudposible,elcontornoqueformaelcasquetepolar.

4.Medicióndecantidaddepíxeles(Figura4e):Unavezdefinidoelcontornodeloscasquetes,se desplegarásimultáneamenteuncuadrodepropiedadesenlapartesuperiorderechadelapantalla.En ella,seobservaunapartadoqueindicaelnúmerodepíxelestotalquecontienelaregióndefinidapor elcontornoquehemosformado,esdecir,elcasquetepolar.

5.Recopilacióndelosresultadosenunahojadecálculo:Losresultadosobtenidos(cantidaddepíxeles deloscasquetespolaresporimagen)despuésdetratarlasimágenesseleccionadas,setrasladanala hojadecálculoExcelenelqueseindicalafechaterrestrealaquecorresponden.Posteriormente estosdatosseconviertena Ls

6.Realizacióndegráficas:Conlosdatosyarecogidosyordenadosporsolescronológicamente,se realizandistintasgráficassegúnloquesequieraestudiar.

a) b)

Figura4: (a)RepresentacióngráficadelprimerpasoseguidomediantelaaplicaciónGIMP.(b) RepresentacióngráficadelsegundopasoseguidomediantelaaplicaciónGIMP.(c)y(d)Representación gráficadelpasotercero,seobservaelcontornoformadograciasalaherramienta“Selecciónlibre”.(e) Cuadrodepropiedadesdesplegadoenelqueseencuentraelnúmerodepíxelesquecontieneloscasquetes polares.Fuente:Elaboraciónpropia.

5.3.Metodologíaparaelanálisisdeparámetrosatmosféricos(P,TyradiaciónUV) Sehananalizadolosdatosdepresión,temperaturayradiaciónUVtomadosporlosinstrumentosREMS delrover Curiosity (desde Ls=125ºde MY 35(1deenerodel2020,fechaterrestre)hasta Ls=175ºde MY 36 (15defebrerodel2022,fechaterrestre))yMEDAdelrover Perseverance (desde Ls=1º MY 36(9defebrero del2021,fechaterrestre)hasta Ls=202ºde MY 36(4deabrildel2022,fechaterrestre)).Larecogiday posterioranálisisdedatosdetemperaturaypresiónaportadosporlosinstrumentosMEDAyREMS,se realizasiguiendolassiguientespautas:

c)

d)

e)

5.3.1.Conversióndesolesmarcianosafechasterrestres

Conociendoelperiododetiempoaestudiar,utilizamoslaherramienta Mars24, deNASA,previamente descargada,quepermiterealizarlaconversióndefechasterrestresasucorrespondientesolmarcianoy viceversa(NASAGISS: Mars24Sunclock TimeonMars,2022).

5.3.2.Descargadedatos

Ladescargadedatosdetemperatura,presiónyradiaciónUV,serealizarámediantelapáginawebdel PDS(PlanetaryDataSystem-NASA).ElSistemadeDatosPlanetarios(PDS)esunarchivoalargoplazode productosdedatosdigitalesdevueltosdelasmisionesplanetariasdelaNASA. Elarchivoesadministrado activamenteporcientíficosplanetariosparaayudaragarantizarsuutilidadyusabilidadporpartedela gráficasdelavariacióndelospíxelesdeCO2(s)(unidadesrelativasdeCO2(s),véaseApartado5.2.3)frentea Ls (variableindependiente).

Además,dadoqueelmétodoutilizadoparalamedicióndeloscasquetesnoescompletamentepreciso (VéaseApartado5.2.3),sehanprocesadolosdatosdepíxelesutilizandolaherramientademediasmóviles. Estemétodoesfrecuentementeutilizadoenelanálisisdedatoscientíficosparasuavizarlasfluctuaciones aleatoriasyresaltarlatendenciasubyacente.Ennuestrocaso,sehacalculadolamediamóvilconelintervalo de3datos(esdecir,conunintervalode3soles),obteniendoasílasFiguras7,8,9y10.

MedianteeltratamientodeimágenesdelospolosnorteysurdeMartesehangeneradolasFiguras11y 12.EnambassepuedeobservarlaevolucióndelacantidaddepixelesdeCO2(s)apartirdel Ls=125ºde MY 35(día1deenerodel2020,fechaterrestre)hastael Ls=175ºde MY 36(día15defebrerodel2022,fecha terrestre).

Figura6: Evoluciónalolargodel MY 35y MY 36delcasquetepolardelhemisferionorte,medidoen píxeles.

Enlamedicióndeamboscasquetesexisteunproblemadeprecisiónporelmétodoutilizado(Véase apartado5.2.3).ComoseveenlaFigura6,existendesnivelesentremedicionesconfluctuacionesquenoson propiasdelaevoluciónnaturaldeloscasquetespolares.Esporestoque,parasuavizarlascurvasobtenidas, serealizalamediamóvilcada3datosanalizados,obteniendolaFigura7ylaFigura8.

Figuras7y8: Evolucióndelcasquetepolardelhemisferiosurenel MY 35y MY 36habiéndoserealizado unamediamóvil.

6.1.2.Casquetepolardelhemisferiosur

Comosehamencionadoanteriormente,seharealizadolamediamóvilparapermitirunsuavizadodelos perfilesdelasgráficas.

Figuras9y10: Evolucióndelcasquetepolardelhemisferiosurenel MY 35y MY 36habiéndose realizadounamediamóvil.

6.1.3.Estudiodelavariaciónestacionaldeamboscasquetessimultáneamente(MY 35 - MY 36)

EnlasFiguras11y12semuestralaevolucióncualitativaysimultáneadelasuperficiedeCO2(s)que cubreloscasquetesdeamboshemisferios.Enambasserepresentalamediamóvildelospixeles vs Ls.

Figuras11y12: ComparacióndelaevolucióndelhielodeCO2 enloscasquetespolaresnorteysur durante MY 35y MY 36,pormedicióndelospixelesdeCO2ytrasaplicarmediamóvil.

6.1.4.Evolucióndeloscasquetespolaresalolargodeun MY (Ls=0º-360º)

ResultadegraninteréspodervisualizarloscambiosestacionalesdeloscasquetesdeCO2 alolargodeun añomarcianocompleto,esdecir,desde Ls=0ºa Ls=360º.Comoennuestrocaso,nodisponemosdelosdatos completosdeun MY (Ls =0º-360º),hemosrealizadounartificiográfico.Esteconsisteenutilizarlos primerossolesdel MY 36(Ls=0º-175º)yenlazarlosconlossolesdel MY 35(Ls=140ºhasta360º).Existeun periodo(Ls=140º-175º)enelquesesolapandatosdeambosañosmarcianos,mostrandoque,sibiensiguen patronessimilares,existendiferenciasentreellos.

Figura13: EvolucióndelacantidaddeCO2(s)enloscasquetespolaresnorteysuralolargodeunaño marcianoalcompleto,condatosde MY 35y MY 36,trasaplicarmediamóvil.

6.2.VariacionesestacionalesdelaPatmosféricamedidaporREMSyMEDAen MY 35y MY 36

LosdatosdepresiónanalizadosprocedendelasestacionesmeteorológicasREMSyMEDA,delosrovers Curiosity y Perseverance,respectivamente.EnlaTabla2semuestranlascoordenadasaproximadasdondese encuentrandichossistemasdemedida.

Coordenadas (longitud,latitud) Altitud(m) Hemisferio Estación meteorológica Lugarde amartizajeyfecha

Rover Curiosity 137,44ºE4,59ºS -4400 Sur REMS Cráter Gale (05/08/2012)

Rover Perseverance 77,42ºE18,47ºN -2500 Norte MEDA Cráter Jezero (18/02/2021)

Tabla2: Parámetrosdeamartizajedelosrovers Curiosity y Perseverance (NASA,2012)(Pla-García et al.,2020)(NASA,2023)1

Sehanrealizadolasgráficasdepresiónmáxima,mínima,mediaymedianaparalosdatosaportadospor REMS(Periodo: Ls=125ºde MY 35hastael Ls=175ºde MY 36)yMEDAenlosperiodos(Periodo: Ls=1ºde MY 36hastael Ls=202ºde MY 36).

EnlaFigura14semuestralaevolucióndelapresiónatmosféricadesdeelfindelVHN del MY 35 (Ls=130º)hastaprincipiosdelOHN del MY 36(Ls=0º-202º),conlasmedidastomadasporambasestaciones meteorológicas:REMS(delrover Curiosity)yMEDA(delrover Perseverance).

1 LasuperficiedeelevaciónceroenMarte(areoide)sedefineporlaalturaalaquehay610,5Padepresión atmosférica(puntotripledelagua)(Ardalanetal.,2009)

Figura14: Evolucióndelapresiónatmosféricaenlos MY 35y MY 36segúnlosdatosrecogidosporREMSyMEDAenfuncióndelos Ls.

Figura15: Evolucióndelapresiónatmosféricaenlos MY 35y MY 36segúnlosdatosrecogidosporREMSyMEDAenfuncióndelos Ls,encomparacióncon elestadodeloscasquetespolaresnorteysurenlosmáximosymínimosdepresiónregistrados.

6.3.EvolucióndelatemperaturamedidaporREMSyMEDAenMY35yMY36

LasestacionesmeteorológicasREMSyMEDAtomanvaloresdetemperaturaconrespectoadistintos medios(temperaturaambiente,delsuelo,etc.).Enesteestudiosehanocupadolosvaloresdetemperatura ambienteparaambaslocalizaciones.Elperiodoanalizadoescoincidenteconeldelapresión(Véaseapartado 6.2).

Figura16: Evolucióndelatemperaturaambienteenlos MY 35y MY 36,segúnlosdatosrecogidospor REMSyMEDA.

7.Análisisydiscusión

7.1.Variaciónestacionaldeloscasquetespolaresenloshemisferiosnorteysuren MY 35y MY 36

7.1.1.CasquetePolarNorte

ElcomportamientodelcasquetepolardelHN(VéanseFiguras7y8)muestralassiguientes característicasdeavance/retrocesodelcasquetepolardeformarelativamenteperiódica:

● RetrocesocasqueteheladoenVHN, MY 35.Seestudiandosintervalosdeestaestación(VHN, MY 35 (Ls〜125º-180º)yVHN, MY 36(Ls〜90º-175º(→450º-530º)2).Elcasquetepolarnorteseencuentra estableenunestadoprácticamentesublimadoalcompletoenelveranodel MY 35.Eltamañodel casqueteheladocomienzaaaumentar,demaneragradual,durantelosperiodosdefinalesdeverano ygranpartedelotoñodeambosañosmarcianos(MY 35y MY 36)delhemisferionorte(Ls〜 160º-250ºdel MY 35y MY 36).

● AvancedelcasqueteheladoenOHNeIHN.Apartirdeentonces,elcasquetepolarnorteaumentacon unamayorvelocidadyalcanzasumayortamañoentrelos Ls=250ºy Ls=340º,coincidiendocon partedesuotoñoylamayoríadesuinvierno(VéanseFiguras7y8).

● RetrocesodelcasqueteafinalinviernoyprimaveraHN. Elfinaldelaestacióninvernal(MY 35) ylaentradaenel MY 36(PHN)vienenmarcadosporundescensoenlacantidaddeCO2 enelpolo nortedebidoalaumentodelasTy,portanto,alaumentodelasublimacióndelCO2.

● VeranoHN, MY 36. Lacantidaddeestesólidovolátilsemantieneestableensusvaloresmínimos entreel Ls=80º(→440º)yel Ls =155º(→515º)deeseañomarciano, MY 36.

Calvin etal.(2015)describeunospatronesdeevolucióndelCO2(s)análogosparalos MY 29-31. Concretamente,indicaqueelCO2(s)estacionaldesaparecedelcasquetepolarresidualnorte(NRIC),a finalesdelaprimavera(Ls=75º(→435º)).

2 Conelelemento“→”seindicaelvalorde Ls tieneadicionado +360º,loquesignificaquehemospasadode Ls de MY35 a Ls de MY 36.Elverdaderovalorde Ls enMY36seríarestándole360º.

EnlaTabla3semuestranlasfechasterrestresdelasrecesionesdeloscasquetespolaresnorteysur observadasporMROen MY 28,29,30,31(Calvin etal.,2015),35y36.Deformaposterior,seobservanlas fechasterrestresdelosveranosdeamboshemisferiosdedichos MY,épocaenlaqueMARCIobtiene imágenesdeloscasquetesresiduales.Estonosayudaahacernosunaideadelatasaderecesióndelos casquetes.

Tabla3: Fechasdelarecesiónnorteysurydelosveranosdelos MY 28-31(Calvin etal.,2015),35y36.

Latasa/velocidadderecesióndelcasquetepolarnortepuedesercalculadaapartirdelaaproximación propuestaporCalvin etal. (2015).Esteautorestimaelretrocesodelcasqueteestacionalutilizandouncírculo comomejorajusteallímiteentrelaszonasheladasylasuperficiedesnuda.Estaaproximaciónserealizaen funcióndelalatitudmedia.Elgráficode Ls frentealalatitudmásbajadeltopeestacionalseajusta tradicionalmenteconunalínearectacuyapendienteydesplazamientosepuedencompararentre MY para medirloscambiosrelativosenlastasasderecesión.Enelcaso,delarecesióndelcasquetepolardelHN correspondientealMY36utilizamoslaaproximaciónsiguiente(Calvin etal.,2015):

��������������= 60.0+0.224����

(Ecuación2)

Figura17: Recesióndeloscasquetespolaresestacionalesenlos MY 25,28-30,36segúnlaestimaciónde

Calvin(Calvin etal.,2015).Paraelcálculodel MY 36sehatomadounvalorpromediodelasecuacionesde los MY 25,28-30.

Lagráfica18muestralarelativarepetibilidaddelprocesodeavance/retrocesodelcasquetepolardeCO2 alolargodelosañosmarcianos,hechoconstatadoporotrosautores(eg.: Calvin etal.,2015).

EnelestudiodeCalvin etal.,elretrocesodelcasqueteestacionalseestimóutilizandouncírculodemejor ajusteallímitedelalbedoentrelasheladasestacionalesylasuperficiedesnuda.Estaaproximaciónala latitudmediaignoraelbordeonduladodelcasquete,perolasnubescercadelbordedelcasquetetambién puedendificultarladiscriminación.Elgráficode Ls frentealalatitudmásbajadeltopeestacionalseajusta tradicionalmenteconunalínearectacuyapendienteydesplazamientosepuedencompararentreañospara medirloscambiosrelativosenlatasaderecesión(Calvin etal.,2015).

Cantor etal.(2010)mostraronqueen MY 29elretrocesodelcasquetepolarnorteseadelantóen3,5ºde Ls encomparaciónconel MY 28,conunradiodemenortamañoyunalatitudmásalta.Estoseexplicacon unatormentadepolvoquehabríadisminuidoladeposicióndehieloy,portanto,aceleradolaregresión.Por suparte,KiefferyTitus(2001)utilizarondatosaportadosporelEspectrómetrodeEmisiónTérmica(TES) paracartografiarelretrocesodelasheladasestacionales.Secomparanensuestudiolascurvasderecesiónde MY 25y MY 29(2000,2008),encontrandoqueambaseranmuysimilares,sibienesciertoqueseretrocedía alatitudesmásaltasenel MY 29.EnlaFigura17sepresentanlosajusteslinealesdelalatituddelbordedel casquetefrentea Ls paradiferentesMY(VéaseTablaA3delAnexoVparaverlasecuacionesdeajuste).

7.1.2.CasquetePolarSur

ElcomportamientodelcasquetepolardelHS(VéanseFiguras9y10)muestraunprocesode retroceso/avance,invertidoconrespectoaldelHNduranteelperíodoestudiado:

● Delmáximodelcasquetehelado(finalesdeIHS MY 35eIHS MY 36)aliniciodelretroceso. Se observalaevolucióndedosperiodosdemáximaextensióndelcasqueteheladoenelHS.Estos periodosabarcandesdemediadosdeIHS del MY 35(Ls〜125º-180º)yelIHS delañosiguiente, MY 36,(Ls〜90º-175º(→450º-530º)).Aliniciarseelperiodoestudiado,encontramosqueelcasquete polarsurseencuentraconsumáximaextensión,estoes,conlamáximacantidaddeCO2 condensado.Eltamañodelcasqueteheladocomienzaaretroceder,demaneragradual,durantelos periodosdefinalesdeinviernoaustral(apartirdel Ls〜150º).ElCO2(s)secomienzaasublimaruna vezseacercalaprimaveradeestehemisferio(PHS).

● Máximoretrocesodelcasquetepolarsur(VHS MY 35). EnelVHS,elcasquetepolarsurse encuentraensutamañomásreducidoposible,manteniéndoseprácticamenteestable.Seapreciaeste fenómenoenelhemisferiosurentreel Ls=270º(solsticiodeinviernoenelhemisferionorte)yel Ls=360º(equinocciodeprimaveraenelhemisferionorte),periodoqueenglobatodalaestaciónde verano.

● Comienzodelavancedelcasquetepolarsur(OHS MY 36).Duranteelotoñoaustral(apartirdel Ls 〜15º(→375º)),seveuncrecimientomuyrápidoeneltamañoydensidaddelcasquetepolarsur, encontrandosumáximoentreel Ls=55º(→415º)y Ls=155º(→515º)de MY 36.Aproximadamente enelsolsticiodeinviernodeestehemisferio(Ls=90º(→450º), MY 36),seobservaqueelcasquete polarposeelamáximacantidaddeCO2(s)ydegrosordetodoelperíodoestudiado,coincidiendocon elperiodomásfríodetodoelañomarciano,debidoaqueMarteseencuentraenlaposiciónmás alejadadelSol(afelio).

7.1.3.Estudiodelavariaciónestacionaldeamboscasquetessimultáneamente(MY 35 - MY 36)

EnlaFiguras11y12seaprecialaevoluciónopuestaenelcomportamiento(proceso sublimación/condensacióndeCO2)entreloscasquetespolaresdecadahemisferio,viéndosedeformaclara queelcrecimientodeloscasquetesestáinvertidoentrelasestacionesdeamboshemisferios.

● Asimetríaenloscasquetesmínimosdelveranoenamboshemisferios. Sinembargo,alrealizar unacomparativasimultáneadelaevolucióndelosdoscasquetesenamboshemisferios,seobserva queexistenciertasdiferenciasentrelaevolucióndeamboscasquetes(VéanseFiguras11y12).Así, mientrasqueduranteelveranodelhemisferiosur(Ls=270º-360º)elcasquetesursesublima prácticamentealcompleto,enelveranodelhemisferionorte(Ls=90º-180º(→450º-540º))se conservauncasqueteresidualdehielomayormayorqueeldelVHS.Estoesdebidoaqueenel

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN veranodelHS,Marteestáenelperihelio(máspróximoalSol)yeselperiodomáscalurosodetodo elañomarciano.Porelcontrario,elVHN coincideconlaposicióndeMartemásalejadadelSol (afelio)y,portanto,sucasqueteesmayorqueelcorrespondientealdelVHS (Chow etal.,2019).

● Asimetríaenloscasquetesmáximosdelinviernoenamboshemisferios. Porotrolado,durante finalesdelotoñoydelinviernodelHS(Ls=90º-180º(→450º-540º)),elcasquetepolaraustrales máximoybastantemayorqueelmáximocasquetepolardeldelHN(Ls=270º-360º). Simultáneamente,elcasquetepolarnortealcanzasumínimo.Portanto,lamáximacantidadde CO2(s)seencuentraenelinviernocasquetepolarsurdebidoaqueenelIHS estáenelafelio,dando lugarelperiodomásfríodetodoelañomarciano(Chow etal.,2019).

● Asimetríaenlospatronesdesublimación-condensacióndeamboscasquetes. Lagráfica(curva azul)querepresentalacantidaddeCO2(s)queseacumulaenelHN,muestraunaasimetríaclaracon unaacumulaciónlenta(procesodecondensación)yunacaída(procesodesublimación)más acelerada.Porotrolado,elpatróndedeposición/sublimacióndeCO2(s)enelHSesmássimétrico. Estacaracterísticayahasidoobservadaentrabajosprevios(Smith etal.,2009).

Porotraparte,Smith etal. (2009)tratarondeestimarlasmasasdeCO2 deloscasquetespolares, obteniendoensuestudiolaFigura18.Estarepresentalalatitudyelradiodelbordedeloscasquetespolares norteysuralolargodeunañomarciano.Noobstante,Smith etal. (2009)desprecialadiferenciadelatitud máximaenlosinviernosdecadahemisferio(49ºSenelsury52ºNenelnorte,segúnlasobservacionesde Kieffer etal.(2000);KiefferyTitus,(2001)).Delamismamanera,dadoquesuestudiosedirigehaciael intercambioatmosféricodeCO2 enlosprocesosdecondensaciónysublimación,seignoralamasaytamaño deamboscasquetesresiduales(NRICySRIC).EstoexplicaladiferenciaentrelasimetríadelaFigura18de Smith etal.(2009)ylaasimetríadeloscasquetespolares(VéaseFigura13),mostradaenelpresenteestudio.

ModelodeltamañodeamboscasquetesresidualesalolargodeunMY.Fuente:(Smith etal., 2009).

SiseobservanlasFiguras11y12(curvagris)queindicalasumadelospixelescorrespondienteala sumalacantidaddehieloenamboshemisferios,seobservaqueelvolumendeCO2 condensadodeforma globalpresentadosmáximos:Elmáximorelativocorrespondealperiodoaproximado Ls=220º-320ºdel MY 35,afinalesdeotoñoeinviernoenelHN.Porotrolado,elmáximoabsolutodesuperficiedeCO2(s)en Martesealcanzaenlosintervalosde Ls=50º-115º(→410º-475º)de MY 36,quecoincideconfinalesde primaverayveranodelHN.EstoesdebidoaquecoincideconlaépocadelIHS,dondelacondensaciónde CO2 eslamásintensadetodoelaño,yaquesealcanzanlastemperaturasmásbajas.Enconsecuencia,la presiónglobalserámenorenelveranodelhemisferionortequeenlamismaestacióndelsur(VéaseFigura 14).

SeestimaqueladisminuciónenmasaqueocurreenelcasquetedelHSes2x1013 Kg/añoterrestrede CO2,valorqueescomparableconelaumentodemasaqueocurreenelHN(lamasatotaldeCO2 delos casquetesqueseformanestacionalmenteylamasadeCO2 atmosféricoseconserva)(Smith etal.,2009).

Figura18:

7.2.SeguimientomediantevídeodelavariacióndeCO2(s)deloscasquetespolares(HNy HS)

SehancreadodosvídeosMP4uniendolasimágenesmosaicorecogidasporlacámaraMARCIdel orbitadorMRO,utilizadasenelanálisisdelaevolucióndelacantidaddeCO2 enloscasquetespolares,en unasecuenciaordenadaeneltiempo(del1deenerodel2020al28defebrerodel2021).Mediantelos siguientesenlacessepuedeaccederalvídeodel casquetepolarsur ydelcasquetepolarnorte(VéaseAnexo II)

EnambosvídeosseapreciaclaramenteelfenómenoderetrocesoyextensióndelamasadeCO2 que sufrenlosdoscasquetespolares.

Esderesaltarqueenlavisualizaciónsepercibenmasasdegasesblancasquepodríanseratribuídasala sublimacióndelCO2 y/onubesdeH2O.

7.3.Análisisteóricos

Esteestudionosólopretendehacerunanálisisdedatos,sinoquetambiéndesarrollaunaaproximación teóricaalaevolucióndelasmasasdeCO2(s)enloscasquetes.

7.3.1.Análisisdelbalancelocaldelcalor

Losresultadosdeesteestudiopuedenseranalizadosdesdeunaperspectivateórica,apartirdela simulacióndelestudiodeChow etal.(2019).ElcambiolocalenlamasadelhielodeCO2 sebasaenel balancelocaldecalorcomomuestrasiguienteecuación:

T

donde m eslamasadelhielodeCO2 y dm/dt essutasadecambio, S eslaradiaciónsolarincidentesobre superficiehelada, a eselalbedodelasuperficiedelhielo, T eslatemperaturadelsuelo, L eslaconstantede calorlatentedelCO2 sólido,εeslaemisividaddelCO2(s)paralaradiacióndelongitudlarga, kdT/dz esla conduccióndecalordesdeelsuelo,quedeèndedelgradienteverticaldetemperatura,siendoklaconstante deconducción.

Figura19: ComparacióndelaevolucióndelhielodeCO2enloscasquetespolaresnorteysurdurante MY 35y MY 36apartirdelasimágenesdeMRO.Fuente:Elaboraciónpropia.

Figura20: Esquemaquemuestraelbalancedeenergíaenlaszonaspolaresentre:laenergíasolar,quese absorbeoserefleja(flechasfinas)deregresoalespacio.Lasdosflechasgruesasyabiertasqueapuntanhacia arribarepresentanlapérdidadecalorporradiaciónalespacio.Lasgruesasflechasabiertasenelregolitoson laconduccióndelcalorylaliberacióndelcalorsolaralmacenadohacialasuperficiedelhielo.Laflecha lateraleselcalortransportadoporlaatmósfera.Fuente:Elaboraciónpropiaapartirde(Titus etal.,2017).

7.3.2.EstimacióndelamasadeCO2(s)quecambiaestacionalmenteentreambos hemisferios

PararealizarunaaproximacióndelamasadeCO2(s)queparticipaenelprocesodecondensacióny sublimaciónenloshemisferiosnorteysuralolargodeunañomarciano,serealizanlassiguientes suposiciones:

➔ ElgasatmosféricodeCO2 secomportacomoungasideal,aproximaciónqueesacertada, considerandolaatmósferaextremadamentetenuedeMarte.Seaplicalaecuación5.

➔ ElvolumenocupadoporlamasadeCO2(s)quesesublimaesigualaldelacoronaformadaentrela esferadelradiodelplaneta(RMARTE=3389,5km)ylaesferadelasumadelradiodelplanetayla alturadelaatmósfera,(RMARTE+hA=3434,5km),siendolaalturadelaatmósferahA=45km.Portanto, segúnlaecuacióndelvolumendelacoronaesférica,Vgas=1,55x1018m3,óVgas=1,55x1021 L. (ecuación4)

��������= 4 3 π(������������)3 4 3 π(������������ +ℎ ��)3

➔ El30%delavariacióndepresiónanualvienecausadaporelprocesodecondensaciónysublimación delCO2 (Prettyman etal.,2009).SiendolapresiónmediaanualdelplanetaP=652Pa,lavariación anualdepresiónseráP=195Pao,loqueesequivalente,P=1,95x10-3 atm. ∆ ∆

Seaplica,consecuentemente,laleydelosgasesideales(Véaseecuación5)paraunamasadeCO2 (siendo lamasamolardedichogasM=44g/mol)quesesublimacausandounavariacióndepresióndeP=1,95atm ∆ yocupandounvolumendeV=1,55x1021 L: ∆

∆��= �� ���� 2 �� · ��·�� ��

(ecuación5)

siendoRlaconstantedelosgases( )yTlatemperaturamediadeMarte(T=220K). ��= 0,082������·�� ��·������

ObtenemosunamasadeCO2 iguala7,27x1018gramosoa7,27x1015 kilogramos,porloquesepuede estimarquelamasadeestegasqueparticipaenelprocesodecondensaciónysublimaciónesdelordende 1015,resultadocoincidenteconelobtenidoenotrosestudioscomoeldePiqueux etal. (2015).

7.4.VariacionesestacionalesdelaPatmosféricamedidaporREMSyMEDAen MY 35y MY 36

EnelcasodelosdatosprocedentesdeREMS(cráter Gale),laFigura14muestraelciclodepresión durantedos MY distintos,condoscaídasdepresiónporaño.Laprimera(Ls ~150º)esunagrancaídaenel VHN amedidaqueelCO2 secondensayformalacapaestacionaldelsur.Lasegundacaída,máspequeña,se produceafinalesdelVHS (Ls ~330º),cuandoseformaelcasqueteinvernaldelnorte.Lapresiónatmosférica máximacoincideaproximadamenteconelperihelio.Elsombreadodecoloresmuestralaprimaveradelnorte (amarillo),elverano(verde),elotoño(naranjaclaro)yelinvierno(azul).Estagráficasigueelpatrónde presiónenMarte,mostradoennumerosasocasiones(eg.:Pla-García etal.,2017;Ordoñez-Etxeberria etal., 2019).EnelcasodelosdatosprocedentesdeMEDA(cráter Jezero),seobservaúnicamenteunmáximoyun mínimodebidoaquenosedisponendemásdatos,quecoincidenconlasmismastendenciasindicadaspara REMS.

SeapreciaenlaFigura14que,enelcráter Gale,lapresiónoscilaentrevaloresde940Pacomomáximo y655Pacomomínimo.Asimismo,lapresiónmediadurantecadasoloscilaentre900y690Pa.

Porelcontrario,enelcráter Jezero,situadoaunaalturarelativade900mconrespectoalcráter Gale,la presiónmáximaalcanzadaesde770Pay,lamínimade580Pa,aproximadamente.Laspresionesmediasen estazonaoscilanentrelos620ylos760Pa.EnlaFigura14seobservaquesealcanzaelmáximodepresión en Ls 〜250º(coincidiendoconlosresultadosobtenidosporChow etal.,(2019)),acercándoseelsolsticiode invierno(Ls=270º).AunqueelefectoenelciclodelCO2 noesinmediato,apartirdeestemomento,dicho gascomienzaacondensarseenelpolonortey,consecuentemente,creceelcasquetepolardeestehemisferio (VéanseFiguras7y8).Porotrolado,seencuentraelmínimocercadel Ls〜150º(→510º)de MY 36, cercanoalequinocciodeotoño(Ls=180º).Cercaaesteperiodotemporal,seencuentralamáximacantidad deCO2 condensadaenelcasquetepolarnorte(VéanseFiguras7y8).

Latemperaturadelhieloylapresióndelaatmósferaquelocubreestánvinculadasenlaatmósfera marciana.Estaúltimavienecontroladaporelequilibriodelapresióndevapor,ylacantidaddehieloquese sublimaocondensaestácontroladaporelbalanceenergéticodelainsolación,laradiacióndeenergíaal espacioylaconduccióntérmicaalespacio.ComosepuedeverenlaFigura14,lacaídadelapresión atmosféricaesmayorenelveranodelnorte,cuandolafracciónmáximadelaatmósferasehacondensadoen elinviernodelsurenlaregióndelpolosur,debidoasutemporadainvernalmáslarga.Lacaídadelapresión atmosféricaenelinviernodelnortenoestangrandeyaque,porelcontrario,laestaciónesmáscorta.

EltiempodisponibleparaqueelCO2 secondenseenelhemisferiosuresconsiderablementemayorque enelnorte.LamasamáximadehielodeCO2 escasieldobleenelinviernodelsurencomparaciónconel inviernodelnorte:~3x1015 kgenelnortefrenteacasi6x1015 kgenelsur(Kelly etal.,2006;Titus etal., 2008;Schmidt etal.,2010).Paraunamasaatmosféricapromedioanualde2,17x1016 kg,calculadaapartir delapresiónsuperficialglobalmediade5,6mbar,esorepresentaunadisminuciónmáximade~14%debido alasheladasdelnorteyunadisminucióndel22%debidoalasheladasdelsur.Ellímitelatitudinalpromedio delacapadehieloestacionaldeCO2 sehaidentificadoen~50°Ny~48°S,conáreasmáximasequivalentes a~1,8x107 km2 (norte)y~1,9x107 km2 (sur),convariacioneslongitudinalesmodestas(Piqueux etal., 2015).

Vincularlosciclosestacionalesactualesconlospatronesdedeposiciónyerosiónactualesenelclima actualesuntemaimportanteparafuturosestudiosdelahistoriaclimáticadeMarte.Losconocimientossobre laactualasimetríaestacionalysusefectosrespaldanlosesfuerzosporcomprenderlosresultadosalargo plazodeestasvariaciones.

EnestacomparativasepuedeobservarunaΔP 〜100PaentrelosdatosrecogidosporREMSyMEDA. Unodelosfactoresquepuedecrearestadiferenciadepresiónesladiferenciadealturaalaquese encuentranlasdosestacionesmeteorológicas(Δh 〜900m),indicadaenlaTabla2.Así,elrover Perseverance,mideunapresiónmenor,yaqueseencuentraaunaaltitudsuperiory,portanto,tienemenos cantidaddeairesobreél.EstosresultadosconcuerdanconlospresentadosporSánchez-Lavega etal. (2023) en Mars2020PerseveranceRoverStudiesoftheMartianAtmosphereOverJezeroFromPressure Measurements,conlosvalorespromediodelapresiónrecogidosporMEDAoscilandoentrevalores similares(〜620-760Pa).

Pararealizarlacorreccióndelapresióndebidaalaaltura,losdatosdebenserprocesadospreviamente paraunacomparaciónmásfiel.EnlaFigura14semuestraelciclodepresiónenlaatmósferamarciana segúnlasestacionesdeREMSyMEDA.Estassevenafectadasporladiferenciadealturaentreambas.Por esto,seharealizadounacorreccióndelosdatosrecogidospor Curiosity enelcráter Gale (h 〜4400m)con

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN respectoalaalturadel Perseverance enelcráter Jezero (h 〜2500m).Tomandocomoreferenciaeltrabajo deOrdóñez-Etxeberria,serealizalacorrecciónutilizandolaecuacióndeequilibriohidrostáticoyla temperaturaambiente,obteniendolasupuestapresiónatmosféricaenlaalturamediaaproximadadelcráter Jezero (Ordóñez-Etxeberria etal.,2019).Seutiliza,portanto,lasiguientefórmula: P=P0e -⧍Z/H (Ecuación4)

enlaque P0 eslapresiónatmosféricarecogidaporREMS,⧍Z esladiferenciadelaaltitudentreelcráter Jezero yelcráter Gale yHeslaescaladealtura.Estaúltimasecalculahaciendousodelosdatosdela temperaturaambienterecogidosporREMSyaplicandolasiguientefórmula:

(ecuación4)

enlaqueReslaconstantedelosgasesideales(Rg=8,3145Kkg-1 mol-1),eslamasamolarmediadela µ atmósferamarciana(=43,34gmol -1),TeslatemperaturarecogidaporREMSygeslaaceleración µ gravitatoriaenlasuperficie(g=3,71m s-2).

Tabla4: Semuestranlospromediosdelaspresionesmínima,máxima,mediaymedianadeMEDAy REMS(sincorregiryunavezcorregida),ademásdelasdiferenciasentrelosvaloresobtenidos.

TrasaplicarlacorreccióndealturaalosdatosdepresiónrecolectadosporlaestacióndeREMS,los nuevosvaloresdepresióndescienden 〜100Pa,aproximadamenteelvalorporlosquesuperanalosdatos recogidosporMEDA,volviéndoselaspresionesmediasymedianasprácticamentecoincidentes (Ordóñez-Etxeberria etal.,2019).EstosepuedeobservardeformamásclaratantoenlaTabla4comoenla Figura22,ycoincideconlosresultadosobtenidosporTrainer etal.(2019).

Figura22: Evolucióndelapresiónatmosféricaenlos MY 35y MY 36segúnlosdatosdeREMSyMEDA,conlosdatosrecogidosporREMScorregidosalaaltura delrover Perseverance.

7.5.EstudiodelaanomalíadePenelsol2949delrover Curiosity

EnlaFigura14seobservaenel Ls 〜315ºunaanomalíaquenoconcuerdaconlaevoluciónusualdela presiónatmosférica.Estacorrespondealsol2949delrover Curiosity,ysepuedeobservarconmásclaridad

Figura23: Evolucióndelapresiónen MY 35y MY 36,recuadradoeindicadoconunaflechalaanomalía detectada.

EnlaFigura24sevenreflejadoslosdatosdepresióndelos25solesanterioresylos25solesposteriores alsol2949,esdecir,del Ls=300ºal Ls=330ºde MY 35.Seveunaclaracaídaenlosmínimosdepresión, cayendohastalos751Pa,comenzandoenel Ls 〜313ºyretomandolosvaloresusualesenel Ls 〜317º. Ocurreunfenómenosimilarenlosmáximos,aunquedemanerainversa,alcanzandounvalorde886Pa.

Estaanomalíapodríaestarcausadaporunatormentadepolvoqueunosdíasanterioressehabíaformado enlazonade NoachisTerra.Existelaposibilidaddequeestepolvollegasedeformadispersaalcráter Gale, afectandolapresiónmedidaenestossoles.

Figura24: Evolucióndelapresiónatmosféricaentrelossoles2924al2974(Ls=300º-330º)delrover Curiosity

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN

Enlasfiguras25y26seobservalaimagensatelitaldeMarteeldía20denoviembredel2020(fecha terrestre),correspondientealsol2947delrover Curiosity (Ls=317,5º).Laprimeracorrespondealcráter Gale (señaladoconunaflecha)ylasegundaa NoachisTerra.Enestaúltimaseapreciaunagrannubedepolvo sobredichazona,posiblementecomoconsecuenciadelaformacióndeunatormenta.Porelcontrarioenlas figuras27y28semuestranestasdosmismasregionesconunmesdeantelación(afechaterrestrede 20/10/20,enelsol2917delrover Curiosity (Ls=299,3º)).Sepuedeobservarportanto,ladiferenciaenla cantidaddepolvoensuspensiónqueimpideverpartedelrelievedeesazonadelplaneta,ocultandoengran partetambiénelcolorrojizocaracterísticodelplaneta.Portanto,sededucequeloscambiosbruscosde presióndurantedichosdíassepuedendeberalallegadadepolvodeformadispersaalcráter Gale (5ºS,137º E)provenientedelatormentageneradaenunazonacercanaa NoachisTerra (situadaentre20ºy80ºSy30º Oy30ºE).

Figura27: ImagensatelitaldeMartedel 20/10/2020(Ls=299,3º),enlaubicación aproximadadelcráter Gale.Fuente: https://meteomars.pamplonetario.org/

Figura28: ImagensatelitaldeMartedel 20/10/2020(Ls=299,3º),enlaubicación aproximadade NoachisTerra.Fuente: https://meteomars.pamplonetario.org/

EnlaTabla5seapreciaelprocesodeformacióndelatormentadepolvoen NoachisTerra,en comparaciónconlazonaenlaqueseencuentraelrover Curiosity (Cráter Gale).

Figura25: ImagensatelitaldeMartedel

16/11/2020

17/11/2020

18/11/2020

19/11/2020

20/11/2020

Cráter Gale

21/11/2020

22/11/2020

23/11/2020

comparadaconelcráter Gale =315,224º-319,795º)(Soles2943a2951delrover Curiosity). Fuente:elaboraciónpropiaapartirdeimágenesextraídasdehttps://meteomars.pamplonetario.org

7.6.RelaciónentrecantidaddeCO2(s)ylapresiónatmosféricaglobaldeMarte(desde Ls=125º MY 35hasta Ls=175º MY 36)

UnavezsehaestudiadolacantidaddeCO2(s)enloscasquetespolaresnorteysurylaevolucióndela presiónatmosférica,sepuederealizarunacomparaciónenlaevolucióndeambosenelperíododetiempo anteriormentemencionado.

Figura29: EvolucióndelapresiónatmosféricamáximarecogidaporREMSenlos MY 35y MY 36yla cantidaddeCO2 condensadoenelcasquetepolardelhemisferionorte.

Figura30: EvolucióndelapresiónatmosféricamáximarecogidaporREMSenlos MY 35y MY 36yla cantidaddeCO2 condensadoenelcasquetepolardelhemisferiosur.

Figura31: EvolucióndelapresiónatmosféricamáximarecogidaporREMSenlos MY 35y MY 36yla cantidaddeCO2 condensadoenamboscasquetes.

Máximo absolutode presión

Ls Ls=251,87º

Sol2846

Variación

Máximo absolutodeCO2 hemisferionorte

Ls=311,065º

Sol2942

ΔLs=59,195º

Soles:96

Máximorelativode presión

Ls=50,7º(→410,7º)

Sol3141

Mínimoabsolutode CO2 hemisferiosur

Ls=106,7º(→466,7º)

Sol3268

ΔLs=56º

Soles:127

Tabla6: DistanciatemporalentrelosmáximosymínimosdepresiónylosmáximosymínimosdeCO2 condensadoenloscasquetespolaresnorteysur.

8.Conclusiones

EsteestudiohapermitidomostrarcómofuncionaelciclodelCO2 aescalaplanetaria.Asísetratadeun ciclodealtarepetibilidadanualeinteranualqueestágeneradoporladiferenciadeenergíarecibidaenlosdos polosdebidoalascaracterísticasorbitalesydeinclinacióndeMarte.

Sehanalcanzadolosprincipalesobjetivospropuestosaliniciodeestetrabajo.

● EncuantoalO1:Elanálisisde224delas2217imágenesobtenidasporlascámarasMARCI,abordo delorbitadorMRO,hapermitidoidentificaryestudiarlaevolucióndeloscasquetespolaresenlos hemisferiosnorteysurdeMartedesdeel1deenerode2020(Ls=129,05º, MY 35)hastael15de febrerodel2022(Ls=174,93º, MY 36).Esdedestacarque,atravésdelprogramadeGIMPseha realizadounacercamiento,muynovedosoyaccesible,alamasadeCO2(s)quecubreloscasquetes polaresqueesbastantepróximoalosresultadosutilizadosportécnicasmuchomáscomplejas

● EncuantoalO2:SehananalizadolosdatosrecogidosporlaestaciónREMS(abordodelrover Curiosity)enesemismoperiodotemporalylosrecolectadosporelrover Perseverance desdesu llegadaeldía18defebrerode2021(Ls=5,198º, MY 36)hastael31deagostode2022(Ls=295,135º, MY 36).

● ElO3 hasidologradograciasalusosimultáneodelainformaciónsatelitalprocedentedeMARCIy lainformación insitu delosrovers Curiosity y Perseverance hapermitidounacoberturade informaciónsobrelaatmósferacomplementaria.

● SehacumplidoelO5,trascalcularycompararlatemperaturamediadeMarteconlosdatos recogidosporelinstrumentoMEDAdelrover Perseverance yelinstrumentoREMSdelrover Curiosity.Sinembargo,suinformaciónnohasidorelevanteparaesteestudio.

● SehaestimadolamasadeCO2 quesetransfiereanualmenteentreloshemisferiossehacalculado 〜7 1015 Kg,resultadomuysemejantealcalculadoporPiqueux etal (2015).

Sehanidentificado:

1.ApartirdelanálisisdeimágenesdeMRO:

● Laasimetríaenelcomportamientodeloscasquetespolaresdeamboshemisferiosmarcianos.Seha podidoobservarporlosperfilesdelasgráficasdepixelesdeCO2(s) vsLs.Peroademás,esta ausenciadesimetríahaquedadopatenteatravésdelosvídeosquesehancreadoencadenandolas 224imágenessatelitalesdeMARCIanalizadas.

● Larecesiónestacionalseptentrionalenlos MY 35y MY 36.Seobservaunavariabilidadsignificativa eneliniciodelatemporadayelretrocesodellímiteestacionalesextremadamentedinámico.Entre lasprincipalescaracterísticasseincluyenlassiguientes:

○ Elretrocesoestacionaldelcasquetenorteessimilarentodoslosaños,

○ Larecesióndelcasqueteseralentizaduranteunrangode Ls de20ºa60ºcuandoOMEGAy CRISMobservanunatransicióndelasfirmasdeCO2 aH2Oenlasuperficiesuperior.

○ Hayunretrocesoanualrepetibleenlosdepósitosdealtoalbedohasta Ls=95ºquese correlacionaconlaelevación.

2.Apartirdelosdatosinsitudelosrovers Curiosity y Perseverance

● Losprocesoscíclicosdepresiónalolargodelosañosmarcianos MY 35y MY 36.

MAPEODELOSCASQUETESPOLARESDE ENMARTEYMODULACIÓNDELAPRESIÓN

● Lasdiferencias,trashaberaplicadoladiferenciadealturadelosrovers,depresiónenloscráteres Jezero debidoalasdiferenciasdealturadeamboslugares.

3.EnsimbiosisMROyrovers

● LadependenciadelosparámetrosdepresiónatmosféricaglobalylacantidaddeCO2(s)acumulada enlospolos,corroborandoelciclodeCO2 enMarte.

● Larespuestaentreelcambiodepresiónglobalylosprocesosdecondensación/sublimaciónCO2no sonsimultáneos,existeunadiferenciadeentre95a125soles.

● Elflujoasociadoconlasublimaciónycondensacióndelhielodedióxidodecarbonoenlasregiones deMarteesunaparteimportantedelacirculacióngeneral.Sinembargo,hastaahoraelpatróndel flujogeneralmentenoesmuyconocido.Enesteestudio,sehaaplicadounmodelodecirculación generaldeMarte(MarsWRF) aderivarelpatróndeesteflujobasadoenalgunosexperimentos especialmentediseñados.Losresultadossugierenquelasublimaciónhaciaelecuadorylosflujosde condensaciónhacialospolosenamboshemisferiossonmuygraves.

● Cadaaño,unafracciónsignificativadelCO2(s)atmosféricosecondensaenloscasquetespolares estacionales,loquedalugaravariacionesanualesdeaproximadamenteunterciodelamasa atmosféricaglobal.Además,lapresenciadehieloenlasuperficiedelplanetacambiaelalbedoyla inerciatérmicasuperficial,afectandoasíalbalanceenergéticoaescalalocalperotambiénplanetaria (Lange etal.,2022)

● Existenvariacionesinteranualesdeloscasquetespolares.

Teniendoencuentaelanálisisdelosresultadosrealizadosenelapartado7yrelacionándoloconlas hipótesisinicialmentepropuestasenesteestudio(Véaseapartado4),sepuedeconcluirque:

● EncuantoalaH1:

LosconjuntosdedatosaportadosporMROdevariosañospermiteninvestigacionesdeprocesos dinámicosquevanmásalládeinstantáneaseneltiempo.Sibienlacombinacióndeconjuntosdedatosque brindandiferentespuntosdevistasobrelosmismosfenómenosesimportanteparalosestudiosacortoplazo, losdatosdevariosañossoncrucialesparacomprenderlasrelacionesentrelosfenómenostransitoriosyde cortoylargoplazo.Estosestudiosdecorrelaciónconelusodeconjuntosdedatosampliadosson fundamentalesparacomprenderlafísicadetrásdelosprocesosdinámicosqueserepitenanualmentedurante décadas.

ElanálisisdelosdatosaportadosporMROatravésdelaherramientaGIMPnosofrecelaposibilidadde realizarunacomparación(conciertomargendeerror)conelciclodepresiónmarcianolosuficientemente precisacomoparaapreciarlainterdependenciaentreambasvariables.

● EncuantoalaH2: Sibienesciertoquelapresiónmediaenelcráter Jezero (697,5Pao6,975milibares)essimilarala estimaciónde7milibares,lamediadelosdatosrecogidosenelcráterGaleporREMS(801,6Pao8,016 milibares)seaproximanmásalos8milibaresdadaladiferenciadealturaentrerovers.Comosehabía planteado,lasdistintasposicionesenaltitudafectandeformasignificativalosdatosdepresión.

● EncuantoalaH3ylaH5: SeconfirmaconlasimágenesdelMROylosdatosdepresiónestudiadoslainterdependenciadela sublimaciónycondensacióndeCO2 enloscasquetespolaresconlapresiónglobal.Seaprecialavariabilidad estacionaldelapresiónatmosférica,agravadaporlasublimacióndeloscasquetes,coincidiendolaspresiones máximasconlosperiodosenlosqueelcasquetepolardelhemisferiosur(demayortamaño)teníaunmenor tamaño.Soncoincidenteslaspresionesmínimasconlosperíodosenlosquedichocasquetetieneunamayor cantidaddeCO2 (s)condensado.Aunquesehayavistoreflejadalarelaciónentreambasvariables,seobserva tambiénqueelefectodelasublimacióndeCO2 noesinmediato,sinoquehayunadiferenciadeentre95y 125soles,esdecir,dealrededorde60ºen Ls

● EncuantoalaH4: Elestudiodeunaanomalíaenlapresiónregistradaenelsol2949delrover Curiosity nosayudaaafirmar queloseventosdepolvoglobalesafectanalapresiónatmosféricaengranmedida.Sabiendoquelatormenta depolvoquepuedehabercausadodichaanomalíanoocurrióenunazonapróximaalcráter Gale,se confirmaquelapresiónesmuysensibleaestetipodefenómenosmeteorológicosenrelaciónconelpolvo.

9.Limitacionesyperspectivasfuturas

Enesteestudiohemostenidolassiguienteslimitaciones:

9.1.Tratamientodelasimágenes

LaherramientaGIMPutilizadaparaelanálisisdelasimágenesdeloscasquetespolarestomadaspor MROnoesdeltodoprecisa.Además,eltratamientodelasimágenesestásujetoaloscriteriosplanteadosen elapartado5.2.3,loquepuedesignificarquelosresultadosobtenidosnotenganobjetividadplena.Parauna mayorexactitudenlosdatoshabríasidonecesariorepetirelprocesodemedicióndepíxelesparacompararla variaciónentreresultados.

Porotraparte,sehanrealizadomedicionesdeloscasquetespolaresdealrededorde4imágenespor mes,siendoesteunnúmeroquesepodríaaumentarparaconseguirunamayorprecisióndelosresultados.El tiempoqueseparaalasimágenesescogidases,además,variable,dadoqueestabasujetoaladisposiciónde datosparacadafecha(laposicióndelMROconrespectoalaTierrauotroscuerposcelestes,aligualque grandesfenómenosmeteorológicosdepolvoenelplaneta,puedecausarausenciasdedatosparaciertos períodos)(I.Ordoñez-Etxeberría,comunicaciónpersonal,23denoviembrede2023).

9.2.Gráficasenfunciónde Ls=0º-360º

Lasestacionesmeteorológicasdeun MY dependendelparámetrodelongitudsolar,querecorrede0ºa 360º.Paraelestudiodelavariabilidadestacionalhabríasidoconvenientetrabajarcongráficasque recorrieranesteperíodoensuejeX,ycomenzarande0unavezempezaseunnuevoaño.Sinembargo,esto noesposibleconherramientascomoExcel,yaquelosdatossesuperponen.

Amododesoluciónsehanrealizadolasgráficaspresentadasenelapartado7.7yelAnexoIVque,con datosdeambos MY, realizanunasimulacióndelaevoluciónestacionaldeunañomarcianoalcompleto.Es importantemencionarqueestossontansolounartificioenelqueseasumequeambosañoshanpresentado datossimilaresdepresiónycantidaddeCO2(s)enloscasquetes(Véaseapartado7.7).

Lasperspectivasfuturasquepuedendarcontinuidadaestetrabajoson:

9.3.MedicióndelaradiaciónUV

Enuninicio,seplanteólamedicióndelaradiaciónUVenelcráter Jezero atravésdelosdatosrecogidos porlaestaciónMEDAabordodelrover Perseverance.Sinembargo,losresultadosobtenidosnohansido concluyentes(VéaseAnexoIII),yporfaltadetiemponosehanpodidoestudiarconmayorprofundidad.

9.4.Correccióndelavariacióndelaalturadiariadecadarover

Ademásdecorregirlaposiciónrelativaentreelrover Perseverance yel Curiosity,seríanecesariorealizar dichoprocesoconreferenciaaloscambiosdealturadecadaunodelosroversensurecorridodiario.Estos desnivelescausancambiosdepresiónquepodríanserestudiadosdeformafutura.

9.5.Seguimientodelcambiodeloscasquetespolaresatravésdevisióncomputerizada Traslarealizacióndelosvídeossobreelcambiodeloscasquetespolares(véaseapartado7.2), proponemoslaposibilidadderealizarunseguimientodelcambiodelaformadelosmismosdeformamás automatizadayprecisa,utilizandoprogramasdevisióncomputerizada.Esteseguimientoserámáspreciso.

Porotrolado,planteamoslassiguientesperspectivasdefuturo:

UtilizacióndevídeosparalalecturaautomatizadadelassuperficiedeCO2 enloscasquetes.Esto permitirádisponerdemuchosmásdatosydeunamayorfiabilidad.

Realizarestudiosdelaevolucióndeloscasquetespolaresduranteunperiodomásextensoparadetectar posiblesvariacionesinteranuales.Asimismo,permitiríaverelefectodelastormentasdepolvoydeotros factoresqueinfluyenenelprocesodecondensacióndelCO2.

RealizarunestudiocomparativoentreelefectoinvernaderodelaTierrayeldeMarteysurelacióncon loscasquetespolaresdeambosplanetas.

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Anexos

AnexoI.-Archivosconimágenesyficherosutilizadosparaelanálisisdedatos

En estacarpetadeGoogleDrive oenelsiguientecódigoQRsepuedenencontrarlosficherosyarchivosaquí listados.

● ImágenestomadasporlacámaraMARCIdelorbitadorMROentreel1deenerodel2020yel28defebrero del2022.

● VídeosdelaevolucióndeloscasquetespolaresrealizadosconlasimágenesdeMARCItomadasenel intervaloanteriormentecitado.

● DatosrecogidosporMEDAdesdeelsol1hastaelsol419delrover Perseverance.

● DatosrecogidosporREMSdesdeelsol2632hastaelsol3399delrover Curiosity