martes, 4 de enero de 2011

¿Hay o no hay metano en Marte?



Hacia finales de 2011 un vehículo robótico tremendamente caro llamado Curiosity despegará con destino a Marte. Si consigue llegar sano y salvo a la superficie del planeta en agosto de 2012, una de las primeras cosas que hará será olisquear el aire. Sus diseñadores están deseando saber si el aire contiene algo de metano. ¿Por qué esto es tan interesante? ¿Y cómo es que no lo sabemos ya? Es una historia interesantísima de la que nos hemos hecho eco en más de una ocasión en Experientia docet, y que recientemente ha tomado un giro inesperado. Vamos por partes.

En 2004 tres grupos diferentes dijeron haber encontrado signos de metano en la atmósfera de Marte. Dado que, en la Tierra, prácticamente todo el metano atmosférico proviene de seres vivos, esta noticia fue la más importante en lo que respecta a la búsqueda de vida en el planeta desde que ALH 84001, un meteorito que se suponía portaba fósiles marcianos, acaparara titulares en 1996.

El fantasma de la vida marciana explica en buena medida por qué la exploración de Marte acapara más esfuerzo y gasto que cualquier otra rama de la exploración planetaria. El paisaje árido y asolado por la radiación que pusieron de manifiesto misiones anteriores aparcó la idea de que pudiese haber cualquier cosa viva en la superficie marciana. Pero hay quien mantiene que podrían existir seres vivos bajo la superficie, y la presencia de metano apoyaría esta idea. Con este gas en mente se ha dado forma al programa científico de Curiosity, y la misión conjunta que planean la NASA y la ESA en 2016 estará dedicada al análisis de trazas de gases en la atmósfera, con el metano ocupando el papel estelar.

Sin embargo, siempre ha habido dudas sobre el metano marciano. Al igual que pasó con ALH 84001, los prejuicios han estado demasiado dispuestos a interpretar favorablemente las observaciones, según los escépticos. Y cuando las observaciones son extremadamente difíciles de hacer, como las que pretenden encontrar trazas de un gas en una enrarecida atmósfera tan lejana, la luz con la que se mira puede serlo todo.

La visión escéptica acaba de ser condensada en un artículo que ha aparecido en Icarus, del que son autores un equipo de científicos que encabeza Kevin Zahnle, del Centro de Investigación Ames (NASA, EE.UU.). Nos gustaría advertir en este momento que este artículo no es la última palabra sobre el asunto (ésta la tendrá la comprobación in situ), pero que sus argumentos son muy sólidos, desde nuestro punto de vista, y van desde los detalles espectroscópicos hasta la inadecuación de la presencia de metano en el conjunto de conocimientos que se tiene sobre el planeta en su conjunto.

Una de las cosas en las que todo el mundo está de acuerdo acerca del metano en Marte es que tiene que tener una vida muy corta. Aunque Marte tiene relativamente poco oxígeno en su atmósfera (sólo un 0,13% del total), es suficiente para que tenga capacidad oxidante suficiente para destruir las moléculas de metano. La vida predicha para el metano marciano, basándose en observaciones de la atmósfera de la Tierra y experimentos de laboratorio, es de sólo 300 años. Esta es una de las razones por las que el metano se considera un descubrimiento tan importante: su oxidación continua en la atmósfera significa que tiene que reponerse por algún proceso desconocido. Incluso si no estuviese relacionado con la presencia de vida, debería haber algún mecanismo químico desconocido en marcha.

El problema es que las observaciones de metano en Marte implican que su vida debe ser mucho menos de unos pocos cientos de años. Indican, además, que el metano aparece y desaparece con las estaciones, y señalan que hay mucho más en algunos lugares que en otros. Si el metano va y viene con las estaciones, entonces su vida debe estar a la par con la duración de una estación: varios meses, no varios siglos.

Se han hecho varias hipótesis sobre cómo esto puede ser posible. Podría haber un catalizador especial en el suelo, por ejemplo, creado por la electricidad estática que generan los remolinos de polvo. Zahnle et al. afirman que todas estas ideas no son más que una forma de evitar la cuestión principal. Lo que sea que oxide al metano debe gastarse en el proceso y, por lo tanto, también tendría que reponerse. Para oxidar el metano en tasas altas el planeta necesita producir nuevos productos oxidantes a ritmos igual de altos. No hay pruebas de que esto sea así.

La forma conocida por la que se añade poder oxidante a la atmósfera marciana es a través de la destrucción de moléculas de agua por la luz ultravioleta. Este proceso crea hidrógeno y oxígeno que, por sí mismos, se recombinarían sin producir ningún cambio neto, pero una parte del hidrógeno se escapa al espacio, dejando el oxígeno atrás. Sin embargo, este mecanismo funciona demasiado lentamente para justificar las disminuciones repentinas que se observan en el nivel de metano. Para explicar dichas disminuciones serían necesarios nuevos procesos que produjesen poder oxidante y que no alterasen el equilibrio del resto de los componentes de la atmósfera, lo que parece demasiado difícil.

Hay otras cosas que podrían estar ocurriéndole al metano. Podría estar almacenándose en la superficie de los minerales, o encerrándose en hielos exóticos, o incluso ser comido por unos bichos distintos a los que podrían estar produciéndolo. Pero todas estas hipótesis, una vez más, son inconsistentes con el cuadro general. Marte tiene xenón en su atmósfera, y los átomos de xenón son lo suficientemente parecidos a las moléculas de metano como para que cualquier fenómeno físico que atrape metano capture también xenón. Y el xenón se mantiene en niveles constantes.

En lo que respecta a los presuntos bichos comedores de metano, una mirada al planeta en su conjunto parece que también descarta esa posibilidad. El monóxido de carbono ofrece mucha más energía por molécula para un microbio hambriento que el metano, pero el nivel de monóxido de carbono es estable y mucho más alto que el que se supone que hay de metano. La vida marciana podría ser muy diferente a la terrestre en muchos aspectos, pero se hace muy difícil concebir que cualquier forma de vida rechace un suministro de energía rico y abundante para decantarse por uno más escaso y menos eficiente. Darwin claramente no estaría de acuerdo con este tipo de exquisiteces.

Carl Sagan, un gran estudioso de Marte, solía decir que afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias. Lo que hace el equipo de Zahnle es demostrar que un nivel de metano que fluctúa rápidamente es una afirmación mucho más extraordinaria de lo que se suele pensar. Esto ejerce una presión en las pruebas presentadas que puede que éstas no sean capaces de soportar. Vamos a verlo.

Los tres conjuntos de observaciones que afirman haber visto metano en Marte se basan los tres en las líneas de absorción que un gas le produce a la luz a longitudes de ondas concretas. Dos de estos conjuntos de observaciones se hicieron desde la Tierra y el tercero desde un vehículo de la ESA que orbitaba Marte. El instrumento que recogió estos últimos datos no es especialmente preciso y, aunque un modelo de la atmósfera marciana que contenga metano encaja mejor con los espectros que registró que uno que no lo contenga, el ajuste no es que sea espectacular y tampoco explica todas las anomalías espectrales de los datos. Si estas fuesen las únicas observaciones del metano en Marte, el asunto se vería con mucho más escepticismo.

Desde la Tierra se pueden hacer observaciones mucho más precisas, pero aquí el problema es diferente. La atmósfera de Marte no es muy densa, e incluso los niveles más altos de metano que pueda contener son bajos. La atmósfera de la Tierra es densa y contiene mucho más metano. Un rayo de luz solar que atraviese la atmósfera marciana, rebote en la superficie del planeta, vuelva a atravesar la atmósfera, viaje por el espacio interplanetario y entonces pase a través de la atmósfera terrestre hasta un observatorio en la cima de una montaña, encuentra 2.000 veces más metano en el tramo terrestre de su viaje que en los dos tramos marcianos juntos. Distinguir la señal marciana se hace, por lo menos, complicado.

Lo único que hace que merezca la pena buscar las líneas del metano marciano en los espectros es que, debido al movimiento relativo de los dos planetas, las líneas no están exactamente en el mismo lugar que las terrestres. Aún y con eso todavía hay muchas líneas de absorción de otros compuestos que pueden llevar a confusión, con la posibilidad de que diferentes líneas puedan enmascarar la señal dependiendo de si Marte va o viene.

Por si esto no fuese suficiente, el carbono del metano (CH4) puede corresponder a las distintas variantes isotópicas, y estas distintas variantes tienen espectros ligeramente diferentes. En algunas circunstancias una línea causada por un isótopo no demasiado común en la atmósfera terrestre podría confundirse con la línea de un metano en Marte. El equipo de Zahnle señala varias formas en la que estos factores podrían haber confundido a los observadores.

El artículo de Zahnle et al. ya ha levantado una buena polvareda. Michael Mumma, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, uno de los aludidos, y cuyo grupo es el único terrestre que sigue recopilando espectros de la atmósfera marciana, afirma que hay muchos errores en él y que está preparando una refutación. Unos y otros esperan con ansiedad los datos del Curiosity.

Referencia:

Zahnle, K., Freedman, R., & Catling, D. (2010). Is there Methane on Mars? Icarus DOI: 10.1016/j.icarus.2010.11.027

Esta entrada es la participación de Experientia docet en la edición inaugural del Carnaval de la Química que organiza Ese punto azul pálido.


5 comentarios:

Adama dijo...

"Unos y otros esperan con ansiedad los datos del Curiosity."

Y nosotros... :)

Dani dijo...

Posibilidad de vida Marte, química, escepticismo, "Curiosity", Carl Sagan, espectroscopía ...todo en un mismo artículo y tan claramente explicado es divulgación con mayúsculas.

Una magnífica entrada.

PD.- Gracias por inaugurar el Carnaval de la Química :-)

Anónimo dijo...

Primero: al analizar un espectro de un planeta, estrella, o cualquier cosa exterior, la absorción de la tierra siempre es tenida en cuenta y perfectamente conocida, y su influencia es muy pobre, por lo que se la puede eliminar.
segundo: los movimientos planetarios relativos se tienen en cuenta siempre en cualquier estudio del espacio.
tercero: los distintos isótopos no son más que tres o cuatro, nada grave para tenerlos a todos en cuenta.
Cuarto: si ninguna de las tres detecciones,(las cuales inclusive pudieron sacar mapas completos)tuvieron este rigor científico...hay que despedir a todos los involucrados!!

Anónimo dijo...

Estupenda explicación. Gracias!

Teros Pi dijo...

Se me ocurre otra explicación: para que los instrumentos detecten el metano, éste tendrá que sobrepasar una cierta concentración, un umbral. Por lo que dices, se concentra en algunas zonas. Si en función de las estaciones se produce una cierta cantidad local de metano, éste puede ser detectado. Si luego deja de producirse, se disipará en la atmósfera y aunque seguirá estando ahí (hasta que se degrade al cabo de 300 años), dejarás de detectarlo al no estar tan concentrado en una localización concreta.