Estación Meteorológica Española Reportando Desde Otro Mundo

Para llegar a lo explicado en el título, habrá que ir también hasta el final del artículo. Como en una novela. Primero, una breve historia sobre el avance de la meteorología en otros mundos, para llegar a nuestros días. Y no es un mero juego de palabras.

El estado del tiempo es el estado de las variables meteorológicas, y la Meteorología es la ciencia que estudia la atmósfera, cualquiera de ellas. Cuando hablamos de la atmósfera, generalmente estamos pensando en nuestro planeta La Tierra, pero en términos generales no es así, pues atmósfera existe en muchos otros planetas e incluso en algunas de sus lunas. Una excepción importante es, por cierto, nuestra Luna, que carece totalmente de atmósfera, pues, si alguna vez la tuvo tenuemente, su poca gravedad causó que la fuera perdido en el transcurrir de miles de millones de años.

La exploración del espacio cósmico comenzó hace ya algún tiempo, a partir del lanzamiento del Sputnik I por la Unión Soviética el 4 de octubre de 1957. Desde entonces han sido objeto de investigación La Luna, los planetas, asteroides, cometas, e incluso, varias naves hechas por el Hombre han viajado más allá de nuestro Sistema Solar.

Hay dos planetas cercanos en los que se han realizado más estudios. Venus fue el primer cuerpo del Sistema Solar, después de La Luna, en ser visitado por una sonda espacial. Después de varios intentos desde los años 60, tanto por la Unión Soviética como por los Estados Unidos se produjo el primer aterrizaje (¿o avenusaje?) con éxito en ese planeta por la sonda soviética Verera 7, el 15 de diciembre de 1970, la que reveló que la atmósfera del Venus no sólo era inhóspita, sino infernal, pues las temperaturas en la superficie se midieron entre 457 y 474 grados Celsius.

Por otra parte, la nave Venera 8 llegó al planeta el 22 de julio de 1972, y brindó datos momentáneos sobre la presión y las temperaturas, y mostró que las nubes de Venus formaban una capa compacta que terminaba a 35 kilómetros sobre la superficie. Sin embargo, ninguna de estas naves envió fotografías de la superficie del planeta. Se estrellaron allí. Hubo de esperarse a la Venera 9, lanzada el 8 de junio de 1975, que fue la primera astronave que envió a La Tierra una imagen de la superficie de otro planeta, poco después de aterrizar el 10 de octubre de 1975.

Un sistema de pre-enfriamiento antes de la entrada en la atmósfera, permitió la operación de la nave por 53 minutos después del aterrizaje; luego de lo cual fue destruida por la alta temperatura y la muy alta presión de 90 atmósferas terrestres.

Primera imagen de la superficie del planeta Venus
Primera imagen de la superficie del planeta Venus tomada por la nave soviética Venera en 1975

 

Algunos datos meteorológicos medidos durante la breve vida de la estación, fueron:

  • Nubes de 30km a 40km de ancho a 30-35 km de altitud.
  • Constituyentes atmosféricos incluyeron HCL, HF, Br y I.
  • Presión atmosférica en la superficie cerca de 90 atmósferas terrestres.
  • Temperatura de la superficie 485 °C.
  • Niveles de luz comparable a un día nublado en el verano en La Tierra.
  • En las fotografías se observaron sombras, no hay aparentemente polvo en el aire y una variedad de rocas de entre 30-40 cm sin erosionar.
  • La sonda aguantó 53 minutos antes de ser aplastada, en esas condiciones, 485 °C y 90 atmósferas de presión, compuestas por amoníaco y varios ácidos varios.

Después de estos primeros contactos con la atmósfera de otro mundo, por cierto, de atmósfera infernal, teníamos otro planeta vecino, que no era tan inhóspito, aunque tampoco demasiado amigable: El planeta Marte.

Tras varios intentos infructuosos, en la década de 1970, tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos, obtuvieron sus primeros éxitos en él.

La Mariner 9 norteamericana se convirtió en el primer satélite artificial de Marte el 13 de noviembre de 1971 y consiguió descubrir las grandes tormentas de polvo que se originan en el hemisferio sur del planeta y que oscurecen toda su superficie.

La Unión Soviética se convirtió en el primer país que logró depositar en la superficie de Marte un vehículo de exploración controlado a distancia, con su Mars 3, que tocó la superficie marciana a las 13:50:35 GMT del 2 de diciembre de 1971. Sin embargo, poco después de iniciar la transferencia de las primeras imágenes a La Tierra, se perdió el contacto, por lo que no se pudo recibir imagen alguna.

Primera imagen tomada en la superficie del planeta Marte
Primera imagen tomada en la superficie del planeta Marte por la sonda norteamericana Viking 1 en 1976

 

Pare ver las primeras fotografías de la superficie de Marte, hubo que esperar a las sondas norteamericanas Viking 1 y Viking 2 que, en 1976, consiguieron transmitir fotografías de la superficie desde las planicies de Chryse y Utopía. Las sondas Viking permanecieron activas hasta 1980 - 1982.

Después de estas misiones, se sucedieron varias de diferentes países. Por su relativa cercanía y su similitud con La Tierra en cuanto a tamaño, Marte ha atraído el enfoque de las investigaciones durante los últimos decenios. Por ello es que su meteorología ha sido mejor estudiada que cualquier otro cuerpo fuera de La Tierra, especialmente desde los años 90.

Es, de hecho, el auge de la exploración marciana a partir de dicha década, junto con la optimización de los modelos meteorológicos terrestres de área limitada, lo que ha propiciado el escenario ideal para la adaptación de este tipo de modelos a la atmósfera del planeta Marte. Su uso se ha convertido en una parte fundamental para la interpretación de los datos generados por las misiones espaciales al planeta rojo y para proporcionar las restricciones de sus condiciones ambientales. Hay que decir que se han convertido en una herramienta fundamental para la evaluación de los riesgos en la etapa de entrada, descenso y aterrizaje de las misiones a ese planeta.

Marte posee una atmósfera muy tenue compuesta principalmente de dióxido de carbono, con una presión media global en la superficie de apenas 6 hectopascal, es decir, no llega al 1% de la presión atmosférica de la Tierra; lo que la hace insuficiente para garantizar la presencia de agua líquida en la superficie.

A esta atmósfera tan tenue hay que añadir una temperatura superficial media bastante baja, de -55 ºC. Obviamente las temperaturas medias son inferiores en los polos, donde rondan los -100 ºC, o en el ecuador, donde alcanzan los 3,15 ºC de máxima.

En los polos no se encuentran temperaturas inferiores a los -123 ºC, ya que esta es la temperatura de condensación del dióxido de carbono. Es decir, cuando se llega a esta temperatura el dióxido de carbono de la atmósfera se condensa como hielo sobre los casquetes polares. La inclinación del eje marciano (25,2º), es muy similar al de la Tierra (23,5º), y esto es lo que origina las diferentes estaciones del año.

Marte, a diferencia de la Tierra, tiene una órbita más elíptica, lo que causa importantes diferencias entre las estaciones en cada hemisferio por causa de la diferencia de insolación. La consecuencia directa es que las estaciones son más extremas en el hemisferio sur.

Según la escala de Orlansky que empleamos comúnmente en nuestro trabajo meteorológico, la Mesoescala está formada por los fenómenos meteorológicos cuyos sistemas de viento, nubes, etc. poseen unas dimensiones espaciales comprendidas entre los 2 y 2000 km. y ciclos de vida o duración del orden de decenas de minutos hasta de un día. En la Mesoescala caen definidas las tormentas eléctricas, los vientos locales, los tornados, etc.

Explico lo anterior, para que se entienda la importancia del estudio de las circulaciones de la llamada mesoescala en el planeta Marte, que contribuyen notablemente a la estructura y dinámica de la atmósfera, por medio de los vientos de ladera, los procesos de inyección de polvo atmosférico y los procesos de transporte de éste en la capa límite atmosférica.

Rover Curiosity
Rover Curiosity en las faldas de Aeolis Mons (NASA/JPL-Caltech)

 

Pero para el uso de modelos, se requieren de observaciones meteorológicas. Y he aquí que en el planeta Marte hay actualmente casi una pequeña red de estaciones meteorológicas automáticas que comenzó con las observaciones en el cráter Gale, donde el rover Curiosity de la misión Mars Science Laboratory (MSL) de la NASA, de los Estados unidos, aterrizó en agosto de 2012.

Las primeras interpretaciones revelaron un entorno meteorológico dinámicamente muy complejo. Dentro del cráter se producen circulaciones atmosféricas, fruto de la suma no lineal de las escalas local, regional y sinóptica (escala grande de miles de kilómetros).

Un detalle muy poco conocido (y poco divulgado) es que España, es precisamente el país que, desde agosto de 2012, cuenta con una instalación meteorológica en la superficie de Marte. El instrumento REMS (Rover Environmental Meteorological Station) de Curiosity, ha sido diseñado y realizado por científicos de ese país.

Sistema MEDA instalado en el rover PERSEVERANCE
Sistema MEDA instalado en el rover PERSEVERANCE en el cráter Jezero, planeta Marte, producto español, desarrollo del Centro de Astrobiología (CAB) del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial de España, Madrid. Foto: NASA/JPL-Caltech.

 

Actualmente las observaciones meteorológicas se expanden con la Estación Meteorológica emplazada a bordo del rover Perseverance, también de la NASA de los EE.UU., situado en el cráter Jezero.

Esta Estación Meteorológica Automática, llamada Sistema MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) comenzó a funcionar el pasado 19 de febrero, aproximadamente un día después de que el rover tocara la superficie marciana, y de inmediato, comenzaron a recibirse sus observaciones meteorológicas. Y el MEDA, también es un producto español.

Ha sido un desarrollo del Centro de Astrobiología (CAB) del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial de España, sito en Madrid. Por cierto, MEDA, son las palabras castellanas para ME DA, o sea, me da informes del tiempo, el polvo y la radiación en Marte.

Enseguida que el MEDA comenzó a funcionar, se tuvo el primer informe completo del tiempo en el cráter Jezero. Los datos fueron éstos: Temperatura -20 ºC en la superficie (pero la temperatura bajó a -25.6 ºC en sólo 30 minutos). Los datos también expresaron que los sensores de radiación y polvo mostraban una atmósfera más limpia que la que se midió en el cráter Gale a la misma hora, con la otra estación meteorológica española REMS, instalada en Curiosity, a unos 3700 km de distancia. La presión atmosférica era de 705 a 735 Pascal (como comparación, recordar que en La Tierra usamos hectoPascal o milibar, en lo que 1 hectoPascal es igual a 100 Pascal; la presión media normal en La Tierra es de 1013 hPa o 101 300 Pascal).

El Sistema MEDA pesa 5.5 kg, y contiene sensores para detectar niveles de polvo, y seis parámetros atmosféricos: dirección y velocidad del viento, presión atmosférica, humedad relativa, temperatura en la superficie y niveles de radiación solar y de la proveniente del espacio. El Sistema se enciende automáticamente a cada hora y después de grabar y guardar los datos, vuelve a apagarse, independientemente de lo que esté haciendo el rover Perseverance; hace las observaciones día y noche, esté funcionando el rover o no.

Los datos meteorológicos recogidos por MEDA han sido de la mayor importancia en el corto plazo, para ayudar a los científicos a evaluar el potencial para el vuelo del helicóptero o drone Ingenuity en la fina atmósfera marciana de dióxido de carbono, cuya densidad es de solo casi 1% de la atmósfera terrestre, por lo que las aspas del helicóptero tienen que rotar a gran velocidad para poder sustentar el vuelo y el viento no puede ser muy fuerte.

Comparación entre el helicóptero Ingenuity en Marte y un helicóptero terrestre
Comparación entre el helicóptero Ingenuity en Marte y un helicóptero terrestre. Obsérvese la gran velocidad a la que deben rotar las aspas para lograr la sustentación en la fina atmósfera marciana (2500 vs. 450 rpm). A pesar de tanta diferencia de peso (4 vs. 2700 lbs)

 

Este primer vuelo de Ingenuity, y el primero que se realiza en la atmósfera de otro planeta que no sea La Tierra, se llevó a cabo exitosamente el pasado lunes 19 de abril de 2021.

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