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Física

Esculturas móviles

Simulaciones en computadora explican cómo nacen y evolucionan las dunas gigantes de Marte

Más que simples montes de arena, las dunas son esculturas talladas por el viento que preservan en sus curvas la historia del clima de un planeta. En el caso de Marte, uno de los vecinos de la Tierra en el sistema solar que más ha  atraído la atención de los científicos en los últimos años, las dunas revelan un pasado con tempestades de vientos fuertes y rápidos, que se repiten en intervalos de alrededor de cinco años. Analizando las características de la atmósfera y del suelo del planeta rojo y comparándolas con lo que conocen sobre las dunas terrestres, el físico pernambucano Eric Parteli y el alemán Hans Herrmann consiguieron reproducir en una computadora las formas de las dunas marcianas. En un trabajo que será publicado en la Physical Review Letters, ellos dan los primeros pasos para explicar cómo se forman y evolucionan las dunas de Marte, contribuyendo a deshacer un misterio que hace casi tres décadas intriga a físicos y astrónomos: saber si están efectivamente congeladas o se mueven.

Hasta mediados de la década de 1990, físicos y astrónomos creían improbable  que la atmósfera actual del planeta rojo, cien veces más enrarecida que la de la Tierra, permitiese el surgimiento de los vastos campos de dunas marcianas, que están entre los mayores del sistema solar. Si fuese verdad, las dunas de Marte serían reliquias de mil millones de años atrás, cuando la atmósfera del planeta era más densa y los frecuentes impactos de meteoros aún no habían expulsado sus gases para el espacio. Sólo recientemente esa idea comenzó a ser revisada con las imágenes más nítidas y de mayor resolución obtenidas por la misión Mars Global Surveyor, de la agencia espacial estadounidense (Nasa), que entre 1997 y 2006 monitoreó continuamente la atmósfera y la superficie marcianas.

Pasado y presente
Las nuevas imágenes algunas de ellas revelando formas de dunas no encontradas en la Tierra llamaron la atención de Herrmann, profesor de la Universidad Federal de Ceará y de la Escuela Politécnica de Zurich, en Suiza. Especialista en física de dunas terrestres, y físico alemán decidió examinar en Marte el modelo matemático que desarrolla desde 2000 y ya había reproducido con buena precisión la manera como surgen y se mueven las dunas del desierto de Marruecos y de Jericoacoara, en el litoral de Ceará. Con ese modelo, en realidad un programa de computadora, Herrmann quería descubrir si sería posible que las dunas marcianas surgieran bajos las condiciones atmosféricas  actuales.

En el 2004 Herrmann y Parteli, entonces su alumno de doctorado, comenzaron a analizar los datos de Mars Global Surveyor en busca de informaciones que permitiesen simular el ambiente de Marte. Consiguieron descubrir la densidad del aire y el tamaño de los granos de arena, pero faltaba saber la fuerza de la interacción del viento con esos granos. Como no disponía de ese dato, la dupla de físicos simuló esa interacción con la misma magnitud que ella ocurre en la Tierra, pero nada apareció en la pantalla del computador. Sólo cuando ellos aumentaron diez veces la intensidad de la interacción nacieron las dunas virtuales. A partir de ese resultado, comenzamos a buscar una explicación para una corazonada de éxito, dice Parteli, actualmente investigador visitante de la Universidad de Stuttgart, en Alemania.

Usando las ecuaciones del modelo, Parteli y Herrmann consiguieron calcular como los granos de arena son lanzados al aire por la acción del viento en Marte. Y constataron que los vientos marcianos parecen ser más eficientes que los terrestres. Una ventolera en la Tierra levanta los granos de arena a pocos centímetros del piso y los carga por unos 10 metros, mientras en Marte vientos con la misma intensidad son capaces de erguir los granos a casi 1 metro de altura y llevarlos decenas de veces mas lejos, por causa del aire mas enrarecido y de la baja gravedad. Bajo las condiciones marcianas, todo el efecto es multiplicado por diez. Los granos viajan diez veces, más rápido y, al caer, eyectan diez veces, más granos del suelo, formando velos de arena rente al piso como los que acostumbran a castigar los pies y los tobillos de quien visita las dunas del Nordeste brasileño.

Esas informaciones, por ende, no garantizaban que las condiciones atmosféricas recientes del planeta rojo habrían permitido el surgimiento de dunas en los últimos miles de años. Aún era necesario descubrir con que velocidad los vientos soplan por allá. Parteli y e físico cubano Orencio Durán, también de la Universidad de Stuttgart, demostraron en un articulo publicado en enero de este año en la Physical Review que la velocidad del viento queda grabada en el formato de las propias dunas, determinando el tamaño mínimo que las dunas en forma de luna creciente las llamadas barcanas pueden alcanzar.

Comunes tanto en la Tierra como en Marte, las barcanas se forman donde el viento sopla siempre en la misma dirección y hay relativamente poca arena. Analizando imágenes de barcanas de dos regiones vecinas del polo norte marciano y las del cráter Arkhangelsky, en el hemisferio sur, Durán y Parteli comprobaron que esos tres grupos de dunas fueron esculpidos por vientos de aproximadamente 125 kilómetros por hora. Al introducir esos datos en el programa de la computadora, Herrmann y Parteli vieron formarse barcanas diez veces más altas que las encontradas en la Terra, señal de que Marte abriga las dunas gigantes. Era el indicio que faltaba de que realmente las dunas marcianas pudieron haberse  erguido en los últimos miles de años.

Vientos raros
Pero ¿cómo se habrían formado recientemente si parecían congeladas? Parteli puede haber encontrado la respuesta cuando analizó la frecuencia con que vientos tan fuertes soplan en Marte: posiblemente una vez  cada cinco años y durante apenas medio minuto. Con esa frecuencia, una barcana con 200 metros de extension llevaría 4 mil años  para recorrer  apenas 1 metro, una velocidad de desplazamiento extremamente baja en comparación con la de las dunas terrestres, que pueden  moverse de 5 a 20 metros al año.

Las imágenes de la Mars Global Surveyor parecen confirmar esa previsión. El geólogo Kenneth Edgett, de la empresa estadounidense Malin Space Science Systems, analizó una a una las imágenes registradas por esa sonda espacial y concluyó que apenas pequeños trechos de arena se deben mover actualmente en Marte. Hay buena evidencia de que no todas las dunas están endurecidas, afirma Mary Bourke, de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, que recientemente constató que pequeñas dunas en el polo norte encogieron y desaparecieron en menos de dos años. La mayor parte de las dunas, se encuentran en estado de congelación, como aquellas que Mary descubrió en 2005 en el interior del cráter Kaiser.

Después de reproducir las barcanas marcianas, Herrmann y Parteli intentaron modelar otros tipos de dunas, semejantes a las que se forman en la Tierra cuando el viento viene de dos direcciones diferentes, que se alternan cíclicamente. Con vientos de 125 kilómetros por hora, ellos consiguieron reproducir otras tres formas de dunas marcianas. Con base en esas simulaciones, los físicos calcularon que en Marte los vientos fuertes que originan las dunas deben cambiar de dirección solamente una vez en algunas decenas de miles de años. Ese largo intervalo sugiere que el cambio en la dirección de los vientos esté asociada al movimiento de rotación del planeta, que oscila como un trompo durante el transcurso de 51 mil años  alrededor del Sol  en un momento exponiendo más el hemisferio norte y en otro momento el hemisferio sur, al calor.

El modelo matemático que Herrmann y Parteli desarrollaron a partir del estudio de las dunas terrestres puede también ayudar a entender la atmósfera y algunas características de la superficie de otros astros del sistema solar, como el planeta Venus o Titán, la mayor luna de Saturno. Podemos ajustar ese modelo para esos cuerpos, dice Parteli. Pero tal vez no sea muy simple. La atmósfera de Venus y de Titán es mas densa que la terrestre, comenta el físico pernambucano, y todavía no se comprende muy bien como ocurre el transporte de los granos en esas circunstancias.

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