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¿Hay Canales en Marte?

percival_lowellFanático de Marte, Percival Lowell (1855-1916), escribió un libro sobre los canales de Marte aunque no tenía capacidad óptica en aquellos días para poder asegurar sus afirmaciones. Sus libros, casi clásicos de ciencia ficción, se pueden leer aquí y aquí.

La Tierra tiene una inclinación de 23.5º en su eje respecto del plano de traslación alrededor del Sol. Marte tiene 25º. A la vez la Tierra tarda 23 horas 56 minutos en dar vuelta alrededor de sí misma mientras Marte 24 horas 37 minutos. Finalmente ambos planetas poseen una capa polar. Esto hace a los dos planetas sorprendentemente similares en estos tres aspectos. Otros aspectos de Marte. Marte en la wikipedia

 

Marsrglobe2004En las primeras observaciones se pudo calcular el período de rotación viendo la periodicidad de las “manchas” que se lograban ver sobre la superficie. Lo que se puede ver de blanco es el casquete polar.

 

Este es un diagrama de la superficie de Marte hecha por Schiaparelli en 1888 comparada con una fotografía donde se puede ver similitudes.

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Cálculo de temperatura de un objeto

Cuando un objeto aumenta la temperatura, el pico de radiación del mismo baja en su longitud de onda. Simultáneamente la energía irradiada en cada longitud de onda se incrementa. Recordemos que el espectro de luz visible va del rojo al azul pasando por el amarillo y verde. Los objetos calientes de baja temperatura tienen su pico de emisión en la banda infrarroja, cuando se empiezan a calentar mucho los vemos poniéndose rojos y después pasan por toda la gama de colores del espectro disminuyendo su longitud de onda, es decir, aumentando su energía y frecuencia.

En el gráfico se ven las curvas de diferentes objetos a distintas temperaturas que van desde los 3000ºK (2700ºC) hasta los 7000ºK. Al aumentar la temperatura el pico de radiación aumenta en frecuencia de onda e intensidad.

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Por tanto, si se mide la energía de un objeto irradiada en una frecuencia/longitud de onda (color) determinada, se puede deducir la temperatura que tiene. Más información sobre esto en estos link1. link2. wikipedia

Así es que con telescopios lo suficientemente potentes para poner en el campo visual al planeta entero, o una poción de él, un detector puede medir la energía que viene del mismo y su temperatura.

Cálculo de la temperatura de Marte

En el caso de un planeta, este no solo emite radiación que manifiesta su temperatura sino que también refleja la del Sol. Recordemos que podemos medir la energía de una frecuencia determinada del espectro para averiguar la temperatura del objeto, por lo que entonces debemos medir energías de longitudes de onda/frecuencias que no correspondan con las reflejadas por el Sol para no tener una medición errónea.

El Sol posee una temperatura de alrededor de 6000ºK por lo que tiene un pico de emisión de 600nm ó 0.6 micrones. La Tierra está alrededor de los 300ºK y pico en 10 micrones ó 10.000nm. Finalmente resulta que lo lógico es medir en la longitud de onda donde la temperatura esperada del objeto hace pico de energía lejos de la que el Sol produce.

Lamentablemente observando desde la Tierra, hay que tomar en cuenta que la longitud de onda en la que se mide el objeto no sea absorbida por la atmósfera. Nuestros ojos se adaptaron a ser sensibles justamente en la longitud de onda en la que nuestro Sol emite la mayor cantidad de radiación pero en las frecuencias del infrarrojo donde debemos medir hay problemas de absorción de la atmósfera.

La atmosfera absorbe distintas longitudes de onda a través del ozono, dióxido de carbono y vapor de agua. El detalle de estas mediciones radiométricas se puede ver en este paper de Sinton & Strong

Así se logró –por 1060- enfocando el telescopio sobre distintos lugares del disco planetario, ver cómo variaba la temperatura al mediodía y a la noche entre –60º y 20º.

Tiene Marte agua?

La manera de ver la existencia de un elemento es mediante las líneas de absorción, es decir, ver el espectro de longitudes de onda y sus energías y ver cuáles son absorbidas. Al medir desde la Tierra la existencia de un elemento abundante en la atmósfera terrestre se hace muy difícil ya que esas longitudes de onda faltan por acción de la propia atmósfera.

planetas2Para lograr medirlo, se tomó provecho del efecto Doppler generado por la velocidad relativa de la Tierra respecto de Marte en distintas posiciones de la órbita donde la Tierra se acerca o aleja a 30km/s. De esta manera las longitudes de onda sufren un corrimiento hacia el rojo o violeta según se aleje o acerque el objeto en cuestión. Así es como en estas circunstancias, las frecuencias absorbidas por la atmósfera por el vapor de agua quedaban corridas por el efecto Doppler y así quedaban expuestas las líneas de absorción.

El efecto Doppler en este caso es muy pequeño pero lo suficientemente notable para medirlo con instrumentos.

Efecto doppler

 

La velocidad de la Tierra es V=30km/s, la luz C=300.000Km/s por lo que la diferencia de longitud de onda resultante de la división de ambos números da delta lambda= 10E-4 micrones. Más sobre la detección de vapor de agua en marte por Spinrad, Münch & Kaplan (1963). Espectro de Marte y dispersión espectroscópica de las observaciones de vapor de agua en Marte

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Así es que la caída responde a la absorción por el vapor de agua de la Tierra y lo que se mide en el círculo es Marte con un corrimiento según la línea roja en la longitud de onda de 8189.27 Armstrong (1À  = 0.0001µ) 0.8µ

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Gráfico de líneas de absorción del vapor de agua en la atmósfera terrestre.

Finalmente lo que resulta de esto es que Marte casi no posee agua en forma de vapor de agua en su atmósfera a pesar de haberse medido y visto inclusive su variación a través de las estaciones cuando el casquete polar cambia de tamaño.

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