¿De qué color es el cielo en Marte?
Esta entrada es una traducción y adaptación del original publicado en Serious Science, para leer la entrada original pulsa aquí.
Un atardecer marciano visto desde el cráter Gusev por la sonda Opportunity en el año 2005. Crédito: NASA/JPL/Texas A&M/Cornell
Uno podría pensar que nada más fácil que responder a esta pregunta, teniendo en cuenta la cantidad de ingenios espaciales que han visitado el planeta rojo. Sin embargo, aunque tenemos muchas imágenes de Marte, muchas de ellas no son adecuadas porque se les ha aplicado un balance de blancos para maximizar el contenido científico aprovechando al máximo su rango dinámico. Afortunadamente, hay algunos estudios interesantes en la literatura científica que tratan la cromaticidad del cielo marciano y nos proporcionan completas explicaciones físicas sobre su origen.
Usando la Cámara Panorámica (PanCam) del Mars Exploration Rover Spirit y Opportunity, Bell III y sus colaboradores determinaron el color del cielo a partir de imágenes calibradas radiométricamente. Esto significa que los valores de las imágenes habían sido transformadas a cantidades físicas como flujo o radiancia. Para ello, se tienen en cuenta múltiples factores como la respuesta espectral de la cámara y los filtros, el flujo solar incidente en la superficie de Marte y otros muchos. Spirit y Opportunity informaron sobre la presencia de cielos negro-azulados o incluso negros, cuando la atmósfera estaba limpia de polvo. Sin embargo, la mayor parte del tiempo la atmósfera de Marte está cargada con cantidades ingentes de polvo por lo que ese no es el aspecto habitual del cielo.
El color del cielo depende en general de cómo la radiación solar es difundida fuera del haz directo que ilumina el suelo y también de cómo tanto el haz directo como el difundido son absorbidos por las moléculas y partículas que están presentes en el aire. Por ejemplo, en ausencia de atmósfera como sucede en nuestra Luna, veríamos un cielo negro y un Sol amarillo. En la Tierra, el color azul se produce por la llamada dispersión de Rayleigh por la cual las moléculas de tamaño sensiblemente inferior a la longitud de onda de la luz son más eficientes difundiendo la luz azul que la roja, con una sección eficaz que depende del inverso de la cuarta potencia de la longitud de onda.
En cambio, la atmósfera de Marte es mucho más fina y la difusión molecular por tanto menos eficiente. En principio, las partículas del polvo marciano podrían jugar un papel similar al de las moléculas del aire terrestre, difundiendo mejor las longitudes de onda cortas y produciendo cielos azules y atardeceres rojos. Así podría haber sido si el polvo marciano fuera un difusor perfecto, sin absorción. Sin embargo, el polvo marciano es rico en óxidos de hierro que absorben fuertemente la luz azul del haz de radiación. Los rovers detectaron cielos de un color marrón amarillento oscuro (lo que podríamos llamar color caramelo tofe) para la situación habitual de Marte, con polvo en suspensión.
Explicar este color no es inmediato, dado que el polvo posee dos efectos contrapuestos: por un lado azularía el cielo por difusión, por otro lado enrojece el cielo por absorción. Kurt Ehlers y sus colaboradores han proporcionado una explicación clara y detallada en un gran artículo que cualquier aficionado a la óptica atmosférica puede apreciar. Considerando el complejo efecto de partículas con tamaños de una micra (algo mayores que la longitud de onda), fuertemente difusoras hacia delante y al mismo tiempo absorbentes en el azul, se puede demostrar que el enrojecimiento predicho es efectivamente más intenso que el azulamiento, tal y como se observa en los cielos tofe de Marte. Más aún, las longitudes de onda más largas y las cortas se difunden en diferentes direcciones, lo que produce algunos otros efectos interesantes, como el halo azul que rodea al Sol mientras recorre el cielo en Marte.
¿Es esto exactamente lo que verán los astronautas el día caminen por la superficie del planeta rojo? No exactamente, ya que las cosas son algo más complicadas cuando entra en juego la percepción humana. Marte se encuentra a unas 1.5 Unidades Astronómicas del Sol, lo que hace que la cantidad de luz sea aproximadamente la mitad de la disponible en nuestro planeta. Bajo condiciones de baja iluminación, el ojo humano desplaza su sensibilidad hacia el azul, dado que deja de usar las células cono sensibles al color y pasa a emplear los bastoncillos, insensibles al mismo. Esto se conoce como efecto Purkinje. Por lo tanto, quizá los primeros astronautas que aterricen en Marte nos hablen de unos cielos algo más azules de lo que hasta ahora habríamos pensado.
Referencias
- J.F. Bell III et al.: Chromaticity of the Martian sky as observed by the Mars Exploration Rover Pancam instruments. Journal of Geophysical Research, 111, E12S05, doi:10.1029/2006JE002687, 2006
- K. Ehlers et al.: Blue moons and Martian sunsets. Applied Optics, 53, nº 9, 1808 – 1819, 2014.
