Mars: simulation experiments and space exploration missions
Sandra Ignacia Ramírez Jiménez
orcid: 0000-0002-4344-0896/ramirez_sandra@uaem.mx
Centro de Investigaciones Químicas (ciq), Universidad Autónoma del Estado de Morelos (uaem)/Sociedad Mexicana de Astrobiología
Marisela Aguirre Ramírez
orcid: 0000-0002-9764-0324/marisela.aguirre@uacj.mx
Instituto de Ciencias Biomédicas, Universidad Autónoma de Ciudad Juárez (uacj)
Pável Ulianov Martínez Pabello
orcid: 0000-0002-8591-0622/pavel.martinez@ciencias.unam.mx
Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México (unam)
resumen
Se describen las características que hacen de Marte uno de los
planetas de mayor interés en astrobiología. Se presenta información
sobre las misiones de exploración espacial que han visitado
al planeta, así como las que lo han estudiado remotamente.
Se comentan algunas de las evidencias que sustentan la presencia
de agua líquida en el pasado y en las actuales condiciones del
planeta rojo, con especial énfasis en lo que esto significa para las
investigaciones relacionadas con el estudio de ambientes análogos
al de Marte. Se concluye con menciones de las misiones de
exploración y algunas investigaciones orientadas hacia las futuras
misiones tripuladas que se enviarán a Marte.
abstract
The characteristics that make Mars one of the most interesting
planets in astrobiology are described. Information on the space
exploration missions that have visited the planet is presented,
as well as those that have studied it remotely. Some of the evidence
that supports the presence of liquid water in the past and
in the current conditions of the red planet is mentioned, with
special emphasis on what this means for the investigations related
to the study of analogous environments of Mars. The article
concludes with mentions of the exploration missions and
some research focused on the future manned missions that will
be sent to Mars.
palabras clave
astrobiología, Marte, exploración, planeta, marciano, agua,
bacteria
key words
astrobiology, Mars, exploration, planet, martian, water,
bacteria
Características generales e importancia astrobiológica de Marte
Marte, el cuarto planeta rocoso del sistema solar, ha sido objeto de fascinación y estudio desde
tiempos ancestrales. Se localiza a 1.52 unidades astronómicas del Sol; gira sobre su propio
eje en 24 horas y 37 minutos, con lo que se define un sol o un día marciano, y completa
un año marciano en 687 días terrestres (tabla 1). Su tamaño es de apenas una décima
parte del tamaño de la Tierra, su masa es un orden de magnitud menor y todo ello resulta
en que la gravedad de su superficie sea de sólo un tercio de la gravedad terrestre. Tiene
una inclinación de 25.2° respecto a su eje de rotación, lo cual favorece la existencia de cuatro
estaciones, como en la Tierra. Las temperaturas predominantes en Marte son bajas; el promedio
ronda los 210 Kelvin (K), que equivalen a -63 °C. Un día muy cálido en el ecuador puede
alcanzar los 303 K (30 °C), mientras que en los polos se han registrado temperaturas de
hasta 133 K (-140 °C) en invierno.
La atmósfera marciana es cien veces menos densa que la terrestre (tabla 1); por lo
tanto, la radiación proveniente del Sol y la cósmica irradian su superficie con altas dosis. La atmósfera
de Marte está compuesta principalmente por dióxido de carbono (CO2), con porcentajes
menores de argón (Ar) y nitrógeno molecular (N2), así como por pequeñas cantidades de
oxígeno molecular (O2) y otros gases minoritarios, como monóxido de carbono (CO) y vapor
de agua (H2O) (Mahaffy et al., 2013). La corteza superficial de Marte la componen rocas basálticas,
por lo que, en términos mineralógicos, las regiones terrestres más parecidas a la superficie
del planeta rojo son los desiertos basálticos de los volcanes hawaianos (Ming et al., 1988).
El característico color rojo de la superficie marciana se debe a la presencia de óxidos de
hierro (FeOx). Estudios muy recientes han comenzado a analizar el interior del planeta, que
parece estar formado principalmente por rocas silicatadas, mientras que el núcleo puede estar
compuesto por una aleación de hierro, níquel y azufre. La misión InSight de la agencia
espacial norteamericana nasa (National Aeronautics and Space Administration), que actualmente
se encuentra en la superficie de Marte (tabla 2), podrá revelar la naturaleza
del interior del planeta rojo.
Los asteroides Fobos y Deimos quedaron atrapados en la órbita de Marte y se convirtieron
en sus satélites naturales. Ambos tienen un diámetro menor que el de la Luna, 22.2 km y
12.6 km, respectivamente, y se cree que en ellos pueden existir reservorios de agua congelada
(Cordell, 1985).
Marte ha sido uno de los planetas más estudiados y explorados. Existen registros de observaciones
realizadas por antiguas civilizaciones, como la sumeria, egipcia, griega, china
y maya. Con el desarrollo de instrumentos de observación como los telescopios fue posible
conocer con más detalle algunas de las características de su superficie. La resolución de
los primeros telescopios que se apuntaron hacia Marte era de entre 100 y 200 km por cuadro.
Curiosamente, fue el reporte del astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli relativo a las observaciones de Marte realizadas durante la oposición del 5 de septiembre de 1877 con
ayuda de un telescopio de 22 cm, lo que originó la idea de que Marte estaba habitado como
la Tierra.
Tabla 1
Características de Marte comparadas con las de la Tierra
| Característica |
Marte |
Tierra |
| Distancia al Sol (106 km) |
228
| 150
|
| Perihelio (ua) |
1.381 |
0.98
|
| Afelio (ua) |
1.666 |
1.02 |
| Periodo orbital (días terrestres) |
686.971 |
365.256 |
| Velocidad orbital promedio (km/s) |
24.007 |
29.78 |
| Periodo de rotación |
24 h 37 m |
23 h 56 m 4.1 s |
| Masa (kg) |
6.4171 × 1023 |
5.972 × 1024 |
| Densidad media (g/cm3) |
3.93 |
5.514 |
| Radio ecuatorial (km) |
3 397 |
40 075 |
| Gravedad en la superficie (m/s2) |
3.711 |
9.807 |
| Inclinación axial |
25.19° |
23.44° |
Temperatura en la superficie (K)
Mínima
Media
Máxima |
130
210
308 |
184
288
330 |
| Radiación uv recibida en la superficie |
≥ 190 nm (uvc, uvb, uva) |
≥ 290 nm (uvb, uva) |
| Presión en la superficie (kPa) |
0.636 |
101.325 |
| Compuestos orgánicos |
Clorobenceno y dicloroalcanos (C2-C4) en ppb |
Abundantes y diversos |
| Composición atmosférica (% volumen) |
95 de CO2, 1.93 de Ar, 1.89 de N2, 0.146 de O2, 0.056 de CO, 0.021 de H2OV, 0.01 de NOX |
78.08 de N2, 20.95 de O2, 1.00 de H2OV, 0.93 de Ar, 0.04 de CO2, 0.00182 de Ne, 0.00052 de He, 0.00017 de CH4, 0.00011 de Kr, 0.00006 de H2 |
| Agua líquida |
Salmuera en la superficie y en el subsuelo |
Océanos, mares, lagos, ríos, acuíferos subterráneos |
| Satélites naturales |
Fobos y Deimos |
Luna |
Fuente: Elaboración propia.
En ese reporte, Schiaparelli afirmaba haber observado regiones claras y oscuras sobre la
superficie marciana y asociaba las regiones claras con grandes extensiones de hielo de agua
localizadas en los polos marcianos. Esos hielos se derretían e inundaban las tierras bajas a través
de una red de canales, alimentando mares, lagos y golfos ubicados entre las masas continentales
localizadas hasta 60 grados latitud norte. Es justamente la palabra canales la que
origina toda la historia. El término originalmente utilizado por Schiaparelli fue el vocablo italiano
canale, con el que se refería a las líneas o vetas oscuras que separaban a los continentes
marcianos —las regiones claras que él observó— de los cuerpos de agua y que formaban
una intrincada red desde los polos hacia el resto del planeta.
Cuando el reporte escrito de Schiaparelli se tradujo del italiano al inglés, la palabra canale
se transcribió erróneamente como canals, término que hace alusión a un cauce artificial por
donde se conducen las aguas. Aun cuando el mismo Schiaparelli especifica en su reporte
que la red de vetas que él describió puede explicarse perfectamente con base en la geología
del planeta rojo, son justamente esas vetas y sus registros sobre la existencia de cuerpos
de agua observables desde la Tierra lo que se convierte en la base del mito sobre la existencia
de avanzadas civilizaciones marcianas capaces de construir vastos sistemas de canales de
irrigación que podían llevar el agua derretida de los polos hacia las tierras bajas marcianas.
Marte atrae el interés de la comunidad científica por diversas razones, entre ellas, la posibilidad
de determinar si allá surgió también la vida y, de ser el caso, si ésta comparte o compartió
las características de la vida terrestre o si son distintas. Las misiones que en décadas
recientes han estudiado a Marte directamente o a la distancia presentan evidencias cada vez
más claras de que el agua líquida, un requerimiento indispensable para todo ser vivo, existió
sobre su superficie y que en la actualidad puede estar presente en el subsuelo marciano
e inclusive, por cortos periodos, sobre la superficie. Estas dos premisas constituyen en buena
medida la base de los proyectos de exploración de Marte, de innumerables estudios de
laboratorio y de la preparación del envío de seres humanos a ese planeta para establecerse
en pequeñas comunidades.
Exploración de Marte
La era moderna de la exploración de Marte comenzó el 14 de julio de 1965, cuando el orbitador
Mariner 4 (tabla 2) sobrevoló el hemisferio sur del planeta a una distancia ligeramente
menor a los 10 000 km y logró captar una veintena de fotografías con la mejor
resolución para la época (5 km por cuadro). Estas imágenes demostraban tajantemente la
inexistencia de canales o alguna otra construcción atribuible a una avanzada civilización marciana,
pero sí reportaban una superficie llena de cráteres y los ya conocidos hielos polares
que sufrían cambios estacionales; es decir, que se derretían en las épocas de alta temperatura,
contrayendo su extensión, y que se congelaban durante los tiempos de baja temperatura, ampliando nuevamente su área superficial. Esta coincidencia del comportamiento del hielo
polar con las observaciones de Schiaparelli contribuyó a mantener la idea de la existencia de
agua líquida sobre la superficie de Marte, ya que en ese tiempo aún no se sabía de qué estaban
hechos esos hielos polares, pero por su brillo se especulaba que eran hielos de agua.
En 1971, otro orbitador, el Mariner 9, identificó estructuras geológicas notables en Marte,
como el Monte Olimpo, los tres volcanes de la región de Tharsis, el sistema de cañones de
Valles Marineris, enormes lechos secos que parecían haber sido labrados por ríos y extensos
campos con dunas. Años más tarde, la misión Vikingo (Viking), formada por los orbitadores
y vehículos robóticos gemelos Vikingo 1 y Vikingo 2, logró posarse exitosamente sobre la superficie
de Marte o amartizar los respectivos vehículos robóticos. El primero el 20 de julio de
1976 y el segundo el 3 de septiembre de 1976 (tabla 2). Los instrumentos científicos a
bordo de estos vehículos realizaron los primeros experimentos orientados a conocer los procesos
químicos del suelo de Marte, analizar con detalle los componentes de su atmósfera y
determinar la presencia de vida marciana.
Además de estas misiones pioneras, la tabla 2 (pp. 5-8) enlista todas las misiones que han
sido exitosas en la exploración de Marte. Es notable que, en años recientes, las agencias espaciales
de países como India, China y los Emiratos Árabes Unidos van teniendo participaciones
importantes en el conocimiento de Marte. Los estudios realizados por todas estas misiones
permiten reunir información detallada sobre la geología y la química de la atmósfera y de la
superficie de Marte; acerca de las evidencias actuales que indican que en el pasado Marte tuvo
agua líquida sobre la superficie y que inclusive en la actualidad aún puede ser posible encontrar
agua líquida en lugares específicos, así como de los registros de vida pasada o presente.
Tabla 2
Misiones exitosas enviadas a Marte
| Misión (agencia espacial a cargo) y fecha de lanzamiento |
Fecha de llegada a Marte y principales logros |
Mariner 4 (nasa)
28 de noviembre de 1964
| 14 de julio de 1965
Primer sobrevuelo exitoso en un planeta distinto a la Tierra que obtuvo las primeras 22 fotografías de la superficie de Marte. Permitió además obtener experiencia y probar las capacidades de ingeniería de la época para realizar vuelos interplanetarios de larga duración.
|
Mariner 6 (nasa)
25 de febrero de 1969 |
31 de julio de 1969
Estudia la superficie y la atmósfera de Marte desde los sobrevuelos realizados
para preparar futuras investigaciones orientadas a la búsqueda de vida
extraterrestre. Demuestra que la tecnología de la época es adecuada para
misiones interplanetarias de larga duración. Obtiene los primeros espectros de
emisión en infrarrojo y ultravioleta de Marte, mide la refracción de la atmósfera,
determina la composición del casquete del polo sur, mide la presión de la
superficie y realiza estimaciones sobre la masa, el radio y la forma del planeta
rojo. |
Mariner 7 (nasa)
27 de marzo de 1969 |
5 de agosto de 1969
Misión gemela de la Mariner 6 que viajó un poco más hacia el sur de Marte. Su
máximo acercamiento ocurrió a 3 430 km de la superficie marciana, lo que la
convirtió, en ese entonces, en el objeto construido por la humanidad que más
se había acercado al planeta rojo. |
Mariner 9 (nasa)
30 de mayo de 1971 |
14 de noviembre de 1971
Primera nave de exploración espacial que orbita exitosamente un planeta
distinto a la Tierra; como resultado obtuvo imágenes del 70% de la superficie
de Marte y realizó estudios de los cambios estacionales de su atmósfera y
superficie. |
Mars 5 (ssp)
25 de julio de 1973 |
12 de febrero de 1974
Primera nave soviética que se inserta exitosamente en la órbita marciana
para fotografiar la superficie del planeta y obtener información sobre la
composición, estructura y propiedades de su atmósfera y del hemisferio sur. |
Viking 1 (nasa)
20 de agosto de 1975 |
20 de julio de 1976
Primera nave en posarse sobre la superficie de Marte o amartizar en Chryse
Planitia. Fotografió sus alrededores, recolectó muestras de la superficie para
analizar su composición y buscar evidencias de vida, determinó la composición
de la atmósfera, estudió la meteorología y colocó algunos sismómetros. |
Viking 2 (nasa)
9 de septiembre de 1975 |
3 de septiembre de 1976
La nave se posó en la superficie de Marte, en la región de Utopia Planitia, para
realizar estudios semejantes a los de la nave gemela Viking 1. La información
recolectada y los análisis realizados por los orbitadores y las naves de la misión
Viking permitieron una visión más completa de Marte en su época. |
Phobos 2 (ssp)
12 de julio de 1988 |
29 de enero de 1989
Esta misión soviética realizó un análisis remoto de Marte y de Fobos, uno de sus
satélites naturales. |
Mars Global Surveyor (nasa)
7 de noviembre de 1996 |
11 de septiembre de 1997
Orbitador diseñado para obtener imágenes de alta resolución de la superficie
de Marte y realizar estudios acerca de su topografía y gravedad; sobre el
papel del agua y del polvo en su superficie y atmósfera; del tiempo y el clima,
así como sobre la existencia y evolución del campo magnético marciano. |
Mars Pathfinder (nasa)
4 de diciembre de 1996 |
4 de julio de 1997
Misión formada por la nave Pathfinder, que funcionó como una estación fija, y el
vehículo robótico Sojourner. Estaba preparada para evaluar nuevas estrategias
de amartizaje centradas en el uso de paracaídas, retropropulsores y bolsas de
aire; en la evaluación de tecnologías de comunicación entre la nave y el
vehículo robótico, así como entre el vehículo robótico y un operador en la
Tierra. |
2001 Mars Odyssey (nasa)
7 de abril de 2001 |
24 de octubre de 2001
Orbitador que durante tres años analizó la mineralogía de la superficie de Marte
y midió la cantidad de radiación recibida en la superficie del planeta para la
preparación de futuras misiones tripuladas. |
Mars Express (esa)
2 de junio de 2003 |
25 de diciembre de 2003
El Mars Express Orbiter, elemento principal de la misión, se dedicó a obtener
imágenes de alta resolución (10 m por cuadro), analizar la mineralogía y la
composición atmosférica, determinar la circulación atmosférica global y la
interacción entre la atmósfera y el subsuelo marcianos. La nave Beagle 2, que
también integraba esta misión, se perdió durante su descenso hacia Marte, el
25 de diciembre de 2003. |
Mars Exploration Rover A (mer-a) (nasa)
10 de junio de 2003 |
4 de enero de 2004
El vehículo robótico Spirit, componente principal de esta misión, fue el primero
con la capacidad para desplazarse sobre la superficie marciana del orden de
100 m por día. Sus objetivos se centraron en la caracterización de la geología
del cráter Gusev, que pudo haber albergado un lago de agua en el pasado,
así como en el estudio del clima marciano y en recolectar información para
preparar la futura exploración tripulada de Marte. |
Mars Exploration Rover B (mer-b) (nasa)
7 de julio de 2003 |
25 de enero de 2004
Esta misión llevó al Opportunity, el segundo vehículo robótico gemelo del
Spirit, a la superficie de Marte. Sus objetivos se centraron en caracterizar la
geología de la región de Terra Meridiani y recolectar información para preparar
la futura exploración tripulada de Marte. |
Mars Reconnaissance Orbiter (nasa)
12 de agosto de 2005 |
10 de marzo de 2006
Orbitador que obtiene fotografías de alta resolución, analiza remotamente el
clima y las estaciones durante un año marciano, busca sitios con evidencias de
actividad acuosa e hidrotermal y ubica sitios de amartizaje para que futuras
misiones recolecten muestras de la superficie de Marte que puedan ser traídas
de regreso a la Tierra. |
Mars Reconnaissance Orbiter (nasa)
12 de agosto de 2005 |
10 de marzo de 2006
Orbitador que obtiene fotografías de alta resolución, analiza remotamente el
clima y las estaciones durante un año marciano, busca sitios con evidencias de
actividad acuosa e hidrotermal y ubica sitios de amartizaje para que futuras
misiones recolecten muestras de la superficie de Marte que puedan ser traídas
de regreso a la Tierra. |
Phoenix (nasa)
4 de agosto de 2007 |
25 de mayo de 2008
Vehículo robótico dedicado a estudiar la geomorfología de las planicies del
norte de Marte, la mineralogía y la química del regolito, los hielos y el clima
polares, así como la composición de la atmósfera durante su descenso. |
Mars Science Laboratory (nasa)
26 de noviembre de 2011 |
6 de agosto de 2012
Estuvo a cargo del vehículo robótico Curiosity, diseñado para explorar el
ambiente del cráter Gale, un sitio seleccionado por sus altas posibilidades
(antiguas o actuales) de albergar vida. |
Mangalyaan (isro)
5 de noviembre de 2013 |
24 de septiembre de 2014
Orbitador diseñado para estudiar la morfología de la superficie, así como la
mineralogía y la atmósfera de Marte. |
Mars Atmosphere and Volatile Evolution (nasa)
18 de noviembre de 2013 |
22 de septiembre de 2014
Orbitador dedicado a analizar la atmósfera alta y la ionosfera marcianas, así
como su interacción con el viento solar para evaluar la pérdida de compuestos
volátiles en función del tiempo. |
ExoMars (esa-Roscosmos)
14 de marzo de 2016 |
16 de octubre de 2016
Orbitador equipado para analizar los gases de la atmósfera marciana a
una altura de 400 km. El vehículo robótico Schiaparelli evaluó novedosas
tecnologías de descenso que complementan esta misión. |
InSight (nasa)
5 de mayo de 2018 |
26 de noviembre de 2018
Estación ubicada en la región de Elysium Planitia para determinar la formación y
evolución de los planetas terrestres mediante el estudio de la estructura interna
de Marte, su actividad tectónica y la tasa de impactos por meteoritos durante
un año marciano. |
Hope (uae)
19 de julio de 2020 |
9 de febrero de 2021
Orbitador dedicado al estudio de la dinámica de la atmósfera marciana y su
interacción con el espacio exterior y el viento solar. |
Tianwen 1 (cnsa)
23 de julio de 2020 |
10 de febrero de 2021
Esta misión está formada por un orbitador y el vehículo robótico Zurong,
diseñados para estudiar la topografía y geología de la región de Utopia Planitia,
determinar el contenido de agua de la superficie, estudiar la ionosfera y el clima
marcianos, cuantificar la gravedad y el campo magnético de Marte y estudiar su
estructura interna. |
Mars 2020 (nasa)
30 de julio de 2020 |
18 de febrero de 2021
Misión a cargo del vehículo robótico Perseverance, dedicada a investigar
vestigios de vida pasada en el cráter Jezero, colectar muestras del suelo
marciano y prepararlas para una futura recolección y regreso a la Tierra; así
como para evaluar la producción de oxígeno molecular con los componentes
de la atmósfera marciana. Transportó y liberó al Ingenuity, el primer helicóptero
diseñado para volar en la tenue atmósfera de Marte, cuyo primer vuelo exitoso
ocurrió el 19 de abril de 2021. |
Nota:
nasa: National Aeronautics and Space Administration
ssp: Soviet Space Program
esa: European Space Agency
isro: Indian Space Research Organization
uae: United Arab Emirates
cnsa: China National Space Administration
Agua líquida en Marte
En 1996 se sugirió que el meteorito marciano alh84001, denominado así por haber sido encontrado
en el pueblo de Allan Hills, Estados Unidos, en 1984, parecía contener evidencias
de actividad biológica, ya que al estudiar con detalle su interior se encontraron esférulas de
carbonatos, hidrocarburos aromáticos policíclicos y unas estructuras semejantes a rodillos
segmentados parecidas a nanofósiles bacterianos terrestres. Investigaciones posteriores no
encontraron sustento científico para continuar apoyando esa propuesta inicial, y la conclusión
de la comunidad científica es que no contiene evidencias contundentes de la presencia
de vida en Marte.
A pesar de esta conclusión, los carbonatos encontrados en el meteorito alh84001 son una
prueba de que el agua corría sobre la superficie del Marte primitivo hace 4.1 miles de millones
de años (4.1 × 109 años), al igual que en la Tierra (Scott et al., 1998). Existen además huellas
geológicas, como canales secos, redes de valles fluviales, deltas y lechos de lagos, así como
minerales hidratados como el yeso, la caolinita, la montmorillonita, la opalina y la goetita, que
sólo podrían formarse por acción de agua líquida (Head et al., 2006). El conjunto de estas evidencias
indica que, efectivamente, en el pasado Marte tuvo agua líquida sobre la superficie.
¿Entonces qué le ocurrió a esa agua?
Una de las teorías más aceptadas indica que el agua líquida de la antigua superficie de
Marte se perdió irreversiblemente debido a una serie de desafortunados sucesos que comienzan
con la pérdida del campo magnético marciano. Este campo magnético probablemente
se perdió a consecuencia del fuerte impacto que un cuerpo masivo tuvo con Marte hace
4.0 × 109 años, lo que ocasionó que la atmósfera primitiva marciana fuera erosionada por el
viento solar, ya que no había un campo magnético que la protegiera.
El pequeño tamaño de Marte y su menor fuerza de atracción gravitacional tampoco ayudaban
a retener los componentes de la adelgazada atmósfera. En ausencia de ésta, los reservorios
acuosos de la superficie fueron evaporándose y llevando el agua hacia las capas
altas de la atmósfera, en donde se fotolizó irreversiblemente; es decir, la radiación solar separó
a las moléculas de agua (H2O) en sus componentes elementales —hidrógeno molecular
(H2) y oxígeno molecular (O2)—, que se perdían hacia el espacio exterior, lo que dio paso
al actual planeta árido.
Recientemente, el orbitador Mars Express, de la Agencia Espacial Europea (esa, European
Space Agency), descubrió un cuerpo acuoso a 1.5 km debajo de la superficie del polo sur de
Marte, con una extensión de aproximadamente 20 km y que puede contener altas concentraciones
de sales, lo cual permite que el agua pueda mantenerse en estado líquido (Orosei
et al., 2018). Algunas observaciones realizadas con el instrumento Omega, del mismo orbitador,
han identificado la presencia de arcillas, las cuales se forman cuando algunos minerales
del magma tienen un contacto prolongado con agua líquida.
Cada vez hay más evidencias de que el Marte primitivo no sólo tuvo agua líquida, sino
también una temperatura global mucho más templada que la actual y, en general, condiciones
adecuadas para que surgiera la vida. Pero ese escenario de un planeta habitable cambió
dramáticamente hace 3.6 × 109 años. Curiosamente, tanto el registro fósil como algunas evidencias
químicas indican con certeza que en esa época la vida ya existía en la Tierra. ¿Pudo
haber surgido la vida en Marte cuando el agua líquida existía sobre su superficie? De ser el
caso, ¿esa génesis fue semejante o distinta a la terrestre?
Más aún, existen propuestas que definen un origen para la vida en Marte antes que en la
Tierra. Estas cuestiones son las que continúan impulsando la exploración del planeta rojo y
las que, de alguna manera, ayudan a definir algunas propuestas de investigación en los laboratorios
terrestres. Si bien es prácticamente imposible lograr una recreación de los ambientes
del Marte primitivo, la información proporcionada por las misiones de exploración permite
conocer muchas de las condiciones del Marte actual, y el estudio de la habitabilidad de
la superficie marciana se ubica entre las particularmente importantes.
Las misiones Viking, Phoenix, Curiosity, Perseverance y ExoMars (tabla 2) han
utilizado técnicas como la pirólisis, la cromatografía de gases y la espectrometría de masas
para identificar remanentes de vida pasada, específicamente compuestos orgánicos. Sin embargo, ésta no es una tarea fácil, ya que compuestos como los percloratos (ClO4-), recientemente
detectados en la superficie de Marte, reaccionan con la materia orgánica, degradándola
y complicando su identificación (Hecht et al., 2009; Martínez Pabello et al., 2019; Sutter
et al., 2017). Esto quiere decir que la ausencia de grandes concentraciones de compuestos
orgánicos en Marte no necesariamente implica la ausencia de vida, ya que ésta pudo haber
surgido o estar presente, pero las moléculas indicativas de su presencia son oxidadas de manera
natural por esos percloratos.
Los percloratos son entidades altamente tóxicas para una gran variedad de microorganismos.
A pesar de ello, en la Tierra existen lugares con altas concentraciones de perclorato
de magnesio (Mg(ClO4)2) habitados por bacterias extremófilas de los géneros Pseudomonas,
Azospira o Dechloromonas. En ausencia de oxígeno, algunas de estas bacterias pueden utilizar
a los oxianiones clorados, entre los que se encuentra el perclorato, pero también el clorato
(ClO3-), como aceptores de electrones porque cuentan con enzimas específicas como las
nitrato y perclorato reductasas, con las que pueden transformarlos químicamente para obtener
energía química.
La existencia de microorganismos terrestres capaces de utilizar a los percloratos en su metabolismo
permite visualizar la superficie de Marte como un ambiente potencialmente habitable,
es decir, con la posibilidad de albergar alguna forma de vida microscópica conocida en
la Tierra. El carácter higroscópico de los percloratos se refleja en su capacidad para absorber
agua y formar salmueras o disoluciones que contienen una alta concentración de percloratos
y muy poca agua. Estas salmueras podrían no sólo permitir la presencia de agua en la actual
superficie de Marte, sino además abatir el punto de fusión de la disolución formada y lograr
que el agua exista en estado líquido aun cuando la temperatura sea menor a los 253 K (-20 °C).
Adicionalmente, la búsqueda de vida en el subsuelo marciano se ha fortalecido debido
al reciente descubrimiento de cuerpos acuosos subterráneos (Orosei et al., 2018), en donde
probablemente también existan salmueras que se hayan convertido en microambientes
subterráneos adecuados para preservar la vida que pudo haber emigrado desde la superficie
cuando ésta se volvió adversa. Se sabe también que en el subsuelo existen minerales arcillosos
que pueden contener pequeñas burbujas de aire y que la radiación disminuye considerablemente
a partir de los 20 cm de profundidad, aunque la falta de nutrientes (material
orgánico) sigue siendo una limitante de consideración.
Estudios de simulación sobre la habitabilidad de Marte
La vida en la Tierra ha demostrado ser tenaz y capaz de existir en prácticamente cualquier
rincón del planeta siempre que pueda disponer de agua líquida, aun de forma limitada. Los
organismos que han colonizado estos ambientes inhóspitos terrestres son los organismos extremófilos (Ramírez, 2010), de particular relevancia para los estudios de búsqueda de vida
que se realizan en Marte.
Por ejemplo, los endolitobiontes, como los descubiertos en la región de Atacama en Chile,
son interesantes por su capacidad de habitar en el interior de pequeños granos de arena;
los psicrófilos, como aquellos de los valles secos de la Antártida, donde la temperatura varía
de -15 a -30 °C, o los halófilos, como los de la cuenca Qaidam en China, que se han adaptado
para vivir en concentraciones de cloruro de sodio (NaCl) de hasta 35%, un porcentaje de salinidad
diez veces superior al promedio de los océanos terrestres. Éstos y otros tipos de extremófilos
se consideran modelos biológicos adecuados para estudiar la habitabilidad de los
objetos de interés astrobiológico del sistema solar.
En 2014, el astrobiólogo Charles Cockell propuso una definición operativa para la habitabilidad:
un ambiente habitable es aquel que tiene las condiciones necesarias para que al menos
un organismo se encuentre activo y pueda mantenerse, crecer o reproducirse. Algunos
de los experimentos de simulación de ambientes marcianos que pueden realizarse en un laboratorio
de investigación se centran en evaluar esa actividad empleando modelos biológicos,
que frecuentemente corresponden a microorganismos como bacterias o arqueas. La tabla
3 contiene información relativa a experimentos que evalúan la resistencia o
viabilidad de ciertos microorganismos cuando son expuestos a alguna o algunas condiciones
que simulan determinado aspecto del ambiente marciano. En algunos casos incluso se
utiliza un material análogo al suelo de Marte.
A partir de la detección de perclorato en la superficie de Marte (Hecht et al., 2009), se
han propuesto nuevos experimentos de simulación para evaluar la tolerancia, supervivencia
y crecimiento de microorganismos en presencia de ése y otros óxidos del cloro. Se ha
demostrado incluso la tolerancia de altas concentraciones de estas sales en microorganismos
mesófilos como Bacillus subtilis (Wadsworth y Cockell, 2017), con lo que se expanden
los límites de la habitabilidad y la posible adaptación de vida en ambientes acuosos en el
subsuelo de Marte.
La simulación y experimentación de ambientes del Marte actual es uno de los proyectos
de investigación que se realizan en el Laboratorio de Simulación de Ambientes Planetarios
del Centro de Investigaciones Químicas de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos,
en colaboración con investigadores del Laboratorio de Biología Celular y Molecular de
la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez y del Instituto de Geología de la Universidad Nacional
Autónoma de México. En particular, se evalúa la capacidad de algunas bacterias halófilas
y halotolerantes para adecuarse a las condiciones del suelo marciano: presencia de cloratos
y percloratos, atmósfera rica en N2, altas dosis de radiación ultravioleta y condiciones
de microgravedad.
Tabla 3
Experimentos de simulación enfocados en la habitabilidad de Marte
| Experimento |
Organismo |
Fenotipo |
Suelo |
Referencia |
| Células liofilizadas en 5 g de
lava, expuestas a N2 ultrapuro
(65 mm de mercurio) o vacío,
a temperatura constante
(25 °C) o periodos alternados
de 25 o -25 °C. Viabilidad
celular y virulencia, hasta
10 meses de experimentación. |
Klebsiella pneumoniae y Clostridium botulinum |
Bacterias
gramnegativas
formadoras
de cápsulas y
grampositivas
formadoras de
endosporas |
Lava
triturada |
Hawrylewicz
et al., 1962 |
| Viabilidad de las esporas en la
superficie de naves espaciales,
radiación uv (máx. 15 min),
-10 °C y 8.5 mbar, CO2
ultrapuro. |
Bacillus subtilis |
Bacteria
grampositiva,
mesófila
formadora de
esporas |
ne |
Schuerger
et al., 2003 |
| Viabilidad celular a
temperatura extrema
y desecación en msc;
temperatura de -60 °C por
6 horas, 6 mbar y 98% de CO2. |
Halococcus
dombrowskii y
Halobacterium sp.
nrc-1 |
Arqueas
halófilas,
halococos y
halobacilos |
ne |
Stan-Lotter
et al., 2002 |
| Viabilidad de las esporas en
msc; atmósfera de CO2,
~20 °C y presión promedio
de 12.5 mbar. |
B. subtilis |
Bacteria
grampositiva,
mesófila
formadora de
esporas |
ne |
Nicholson
et al., 2005 |
| Viabilidad en msc; integridad
celular y de biomarcadores.
Atmósfera de CO2, -10 °C,
presión promedio de
8.5± 0.2 mbar, espectros de
uvc (200-280 nm), uvb
(280-315 nm) y uva
(315-400 nm). |
Chroococcidiopsis
sp. 029 |
Bacteria
fotoautótrofa,
crioendolítica |
jsc Mars-1
y suelo
gneisa |
Cockell
et al., 2005 |
| Producción de metano como
indicador de la viabilidad
celular; CO2 como fuente de
carbono. |
Methanosarcina
barkeri,
Methanobacterium
formicicum,
Methanothermobacter
wolfeii,
Methanobacterium
wolfei y
Methanococcus
maripaludi |
Arqueas
quimiolitótrofas,
metanótrofas |
jsc Mars-1 |
Kral et al.,
2004 |
| Supervivencia de la
comunidad en msc.
Mantenimiento de la
versatilidad metabólica
y oxidación de glucosa.
Atmósfera de CO2, -60 a 4 °C,
9 o 13 mbar y radiación uv
(<200 nm). |
Comunidad
microbiana |
Bacterias de
ambiente
desértico,
gramnegativas y
productoras de
esporas |
Salten
Skov |
Hansen
et al., 2005 |
| Crecimiento a altas
concentraciones de perclorato
y clorato de sodio. |
Halobacterium strain
nrc-1, Hbt. salinarum
R1, Haloferax volcanii,
Hfx. mediterranei,
Hfx. denitrificans, Hfx.
gibbonsii, Haloarcula
marismortui, Har.
vallismortis y
Halomonas elongata |
Halófilas
heterotrófas
(ocho arqueas y
una bacteria) |
ne |
Oren et al.,
2014 |
| Viabilidad de células
planctónicas en presencia
de perclorato y sulfato o
peróxido de hidrógeno, y
radiación uv (254 nm). |
B. subtilis |
Bacteria
grampositiva,
mesófila,
formadora de
esporas |
Sílice
granulado
o
hematita |
Wadsworth
y Cockell,
2017 |
| biomexb, 7 días, de -10 a 45 °C
en 8 horas por 48 ciclos, en
95.55% de CO2, 2.7% de N2,
1.6% de Ar, 0.15% de O2 y
~370 ppm de H2O, 4.5 × 106 y
8.4 × 106 kJ/m2. |
Tres dominios
(Archaea, Bacteria y
Eukarya) |
Metanógenos,
fotosintéticos
y psicrófilos
polares y alpinos |
p-mrs y
s-mrsc |
De Vera
et al., 2019 |
| En Trex-Boxd se colocaron
monocapas o múltiples capas
de bacterias planctónicas
o esporas de Aspergillus
niger, las cuales habían sido
desecadas por cinco meses en
pbs o medio rico. El Trex-Box
se colocó en el interior del
marsboxe y las muestras fueron
expuestas a condiciones
análogas por más de 5 horas
(uv de 280-400 nm), -51 °C
(mín.) y 21 °C (máx.),
5-10 mbar, 95% de CO2, 1.9%
de Ar, 2.6% de N2, 0.17% de O2,
0.07% de CO). |
Salinisphaera
shabanensis,
Buttiauxella sp. maseim-
9, Staphylococcus
capitis subsp. capitis,
Aspergillus niger |
Dos bacterias
gramnegativas
extremófilas,
una bacteria
patógena
grampositiva
y las esporas
pigmentadas
de un hongo
patógeno
filamentoso |
ne |
Cortesão
et al., 2021 |
Fuente: Elaboración propia.
Nota:
ne: no ensayado.
msc (siglas en inglés): cámara de simulación de Marte.
pbs (siglas en inglés): amortiguador de fosfatos.
Trex-Box (acrónimo en inglés): caja de transporte y exposición.
marsbox: Microbes in Atmosphere for Radiation, Survival, and Biological Outcomes Experiment.
a Suelo precámbrico del impacto de Haughton, en Canadá. Material rico en feldespatos, impactado a 60 Gpa aproximadamente hace 23 Ma.
b biology and Mars Experiment. Se colocaron diversos organismos en el dispositivo expose-r2, embebidos o cultivados sobre regolitos análogos. Se emplearon líquenes, arqueas metanógenas, bacterias, cianobacterias, algas de hielo perpetuo, meristemo de hongo negro y briofitas, expuestos a condiciones simuladas de Marte.
c p-mrs: regolito análogo con polisilicatos; s-mrs: regolito análogo con sulfato.
d Dispositivo rectangular (3.5 cm × 13.5 cm × 5.0 cm) de acero inoxidable donde se colocaron 64 muestras de discos de cuarzo que portaban los microorganismos.
e Caja donde se introdujo la Trex-Box, en la cual se sustituyó la atmósfera artificial a presión controlada. Esta caja se montó en la góndola de un globo que se suspendió a ~38 km de altura (estratósfera).
Futura colonización de Marte
Además de las investigaciones orientadas a encontrar vestigios de vida pasada o presente en
Marte, ha comenzado una nueva etapa en su exploración con el deseo de concretar una misión
tripulada hacia el planeta rojo. En concreto, la nasa, en conjunto con la empresa de tecnología
espacial SpaceX, dio inicio al programa Artemisa con la intención de instalar un campamento
lunar en 2024 que ayude a preparar la primera misión tripulada hacia Marte. A otras
empresas, como Blue Origin, Virgin Galactic y Lockheed Martin, también les interesa desarrollar
en primera instancia el turismo espacial y posteriormente la llegada de humanos a Marte.
A principios de 2021 ocurrieron los primeros viajes de turismo espacial con tripulantes
civiles. Para 2024, la esa y la Agencia Espacial Rusa (Roscosmos) intentarán amartizar un
vehículo móvil en Oxia Planum. Por su parte, la nasa y la esa planean traer a la Tierra, en 2031,
las muestras de suelo marciano que actualmente está colectando el vehículo robótico Perseverance.
Para ese mismo año, la Agencia Espacial Japonesa (jaxa, por sus siglas en inglés) espera
poder explorar Fobos y Deimos, los dos satélites naturales de Marte, para determinar si
contienen agua. La preparación y construcción de estas misiones de exploración hacia Marte,
así como los resultados que se van generando, son de utilidad para la preparación de la
exploración humana no sólo de Marte, sino de otros objetos en el sistema solar.
La terraformación de Marte implica cambios a nivel planetario y tiempos muy prolongados
(cientos a miles de años) para lograr condiciones planetarias semejantes a las de la Tierra.
Este proceso se planea en etapas; la primera es la llegada y el establecimiento de una colonia
humana en el planeta rojo. Es evidente que esos primeros colonizadores sobrevivirán
utilizando y aprovechando los recursos de Marte, combinándolos con materiales y recursos
llevados desde la Tierra. La misión Perseverance ha sido capaz de formar oxígeno a partir del
CO2 atmosférico marciano, lo cual resulta vital para los humanos no sólo para respirarlo, sino
para utilizarlo como combustible.
En la Estación Espacial Internacional se logró el crecimiento de diferentes plantas comestibles
en condiciones de microgravedad y la cosecha de papas en ambientes simulados de
Marte. Asimismo, se desarrollaron proyectos arquitectónicos de los primeros domos, construidos
con regolito marciano en impresoras 3D, en donde habitarán los primeros colonizadores. La terraformación también contempla calentar al planeta, engrosando su atmósfera al inyectarle
gases de efecto invernadero para convertirlo en un planeta más cálido en el que el agua
congelada vuelva a fluir y se restablezca un ciclo hidrológico.
El pasado y el presente de Marte se conocen con cierta precisión gracias a las observaciones
realizadas por medio de telescopios terrestres y espaciales, a la información proporcionada
por las misiones de exploración y a los resultados de los estudios que se llevan a cabo
en los laboratorios de investigación. Pero el futuro de Marte aún está por escribirse. Las investigaciones
que actualmente se hacen en el planeta rojo por misiones robóticas, así como
los hallazgos que realicen sus futuros exploradores, contribuirán con nuevas páginas sobre
este fascinante vecino planetario.
Referencias
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