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El sonar por radar de la sonda Mars Express de la ESA, MARSIS, ha observado bajo la superficie marciana y nos ha abierto una tercera dimensión en la exploración planetaria. El éxito de ésta técnica está dando ideas a los científicos para pensar en otros lugares del Sistema Solar donde les gustaría usar sonares por radar.

El sonar por radar esta abriendo la tercera dimensión a la exploración planetaria. Probado primero en Marte, el éxito de la técnica esta llevando a pensar a los científicos sobre su aplicación en otros lugares del Sistema Solar. Crédito: Jason Craig/JPL

No importa la exactitud que tenga una cámara… sólo puede tomar datos de la superficie de un planeta. Para extraer información del subsuelo, los científicos planetarios en el pasado habrían pensado que habría sido necesario aterrizar en la superficie y empezar a cavar (1).

Pero eso sería sólo válido para un sitio particular en una vasta superficie planetaria y sólo para los primeros pocos decímetros bajo la superficie. Para obtener una imagen global del subsuelo se necesita un sonar por radar, como el ‘Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding’ (MARSIS) para encontrar los mejores puntos de destino de futuros aterrizadores para excavar.

MARSIS está concebido para mapear la distribución de agua sólida y líquida en las zonas superiores de la corteza marciana. La detección de agua almacenada nos ayudará a entender la evolución hidrológica, geológica, climática y posiblemente biológica de Marte. El funcionamiento del radar se basa en que cada vez que las ondas del radar cruzan la frontera entre diferentes sustancias, generan un eco que detecta el orbitador.

Depósitos estratificados en el polo sur de Marte. El sonar por radar MARSIS de Mars Express fue diseñado para penetrar en las profundidades y ha cumplido perfectamente con éste propósito. La figura superior muestra la superficie de depósitos estratificados del polo sur con mayor profundidad registrada, de 3.7 km. En contraste, el SHARAD de MRO, diseñado para una mayor resolución pero con una penetración máxima de 1 km, tiene dificultades en detectar la base de estos depósitos. Los dos instrumentos trabajan de forma complementaria para descubrir los secretos marcianos. Créditos: MARSIS: ESA/NASA/ASI/JPL-Caltech/Universidad de Roma; SHARAD: NASA/JPL-Caltech/ASI/Universidad de Roma/Washington Universidad de St. Louis

Un experimento con éxito

MARSIS era un experimento en el sentido más completo de la palabra. “Era un paso en lo desconocido”, afirma Ali Safaeinili, co-investigador de MARSIS en la ‘Jet Propulsion Laboratory’ (JPL), California, Estados Unidos.

Nunca se había usado antes un sónar por radar desde órbita en otro planeta. Por eso, el equipo no podía estar seguro de si aquello funcionaría como se preveía. El subsuelo de otro planeta podría haber sido opaco a las ondas de radar o las capas altas de la atmósfera (la ionosfera) podrían haber distorsionado bastante la señal como APRA dejar de ser útil. Afortunadamente, no ocurrió nada de esto.

“Hemos demostrado que los casquetes polares de Marte son mayoritariamente de hielo de agua, y los hemos inventariado de forma tal que ahora sabemos exactamente cuanta agua hay allí”, dice Roberto Orosei, investigador principal adjunto de MARSIS, IASF-INAF, Italia.

Mientras MARSIS sigue todavía recolectando datos, el instrumento que le sigue ya está operando en Marte. El ‘Shallow Subsurface Radar’ (SHARAD) a bordo de la ‘Mars Reconnaissance Orbiter’ de la NASA trabaja a frecuencias más altas que MARSIS y puede ver más detalles en las señales que recibe de las capas subsuperficiales, pero a costa de una menor penetración.

En cualquier lugar del Sistema Solar…

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El principio científico del radar usado en MARSIS se basa en la detección de las ondas de radio reflejadas en las transiciones entre diferentes materiales. Por análisis de los ecos, es posible deducir información sobre el tipo de material que provoca la reflexión, como la estimación de su composición y estado físico. Los distintos materiales se caracterizan por su ‘constante dieléctrica’, es decir, la manera específica en que interactúan con la radiación electromagnética, como las ondas de radio. Cuando una onda de radio atraviesa la frontera entre diferentes capas de material, se genera un eco que lleva impreso algunas características propias de esos materiales. Aquí se aprecia las varillas de la antena de MARSIS recibiendo las señales reflejadas. La línea roja punteada indica la parte superior de la ionosfera de Marte. Créditos: ESA (Animación por AOES Medialab)

Con éste mejor conocimiento de cómo funciona un sonar planetario por radar, el equipo de la MARSIS está empezando a mirar más allá en el Sistema Solar, hacia otros cuerpos que podrían beneficiarse de la investigación de radar. Un objetivo obvio es Europa, la luna helada de Júpiter.

Un experimento con un equipo equiparable a MARSIS en órbita alrededor de Europa podría analizar su corteza helada para ayudarnos a comprender las estructuras laberínticas que vemos en su superficie. Incluso podría ver la zona de interfase al fondo del hielo, donde se cree que empieza un océano. “En el polo sur de Marte, estamos observando a través de hielo de 3.7 km de espesor. Un pequeño cálculo nos dice que podríamos ver también a través de hielo de 20 km o más de espesor”, dice Safaneili.

En la luna Titán de Saturno, el radar de penetración podría utilizarse para medir la profundidad de los lagos de hidrocarburos que ha detectado la sonda Cassini. Podría observar también la estructura bajo los enigmáticos geyseres que Cassini encontró en Encelado, otra luna de Saturno. “Los sonares por radar son especialmente adecuados para explorar cuerpos helados”, afirma Orosei.

Pero no sólo para lunas heladas. Los asteroides y cometas podría ser escaneados por un sonar de radar, produciendo mapas tridimensionales de sus interiores – quizás sea lo que mas necesitemos si, algún día, tengamos que apartar alguno del camino de la Tierra.

Visión artística de experimento MARSIS totalmente desplegado a bordo de la MARS Express de la ESA, con sus dos antenas de 20 metros y otra de 7 metros. MARSIS mapeará el subsuelo hasta una profundidad de unos pocos kilómetros. El instrumento envía ondas de radios de baja frecuencia hacia el planeta, que son reflejados por cualquier superficie que encuentre. Crédito: ESA

MARSIS ha servido como excelente ejemplo de la colaboración internacional entre Europa y América. Cada vez mas, estas colaboraciones están llegando a ser una característica positiva de nuestra exploración conjunta del espacio.

De igual forma, el sonar por radar será un componente esencial de las futuras misiones planetarias. A corto plazo, los científicos planetarios pueden esperar mas resultados de MARSIS. “El análisis todavía no ha concluido”, dice Orosei. De hecho, mientras MARSIS esta todavía recogiendo datos, todos esperan más sorpresas.

Ampliación de la noticia

(1) También puede extraerse información del subsuelo mediante otros mecanismos. En la Luna los astronautas de las misiones Apolo instalaron sismógrafos que permitieron extraer datos sobre la morfología de su interior al analizar los datos de ‘lunamotos’ artificiales provocados con el impacto intencionado de las terceras etapas o los módulos lunares, una vez utilizados. Otras formas de extraer información del interior de astros es mediante la gravimetría, uso de penetradores, etc.

Aconsejo a los interesados esta interesante conferencia sobre MARSIS (en inglés), de 1h05m de duración, grabada el 13-4-2006, a cargo de Jeffrey Plaut, investigador co-principal de MARSIS en JPL, donde se explican y detallan muchos de los contenidos de esta noticia.

Noticia original: ESA