... GABRIELLA GILLI (IAA-CSIC)

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Hace unos meses participé en la tercera edición de un workshop llamado “RockyWorlds” que tuvo lugar en Zúrich (Suiza), del 8 al 12 de enero de 2024. 

El objetivo principal de este ciclo de conferencias es reunir científicos y estudiantes en ciencias planetarias de varias partes del mundo para presentar los últimos estudios sobre exoplanetas de tipo rocoso, y fomentar a la vez el debate y las colaboraciones entre investigadores de varios campos, incluso los que se dedican a estudiar nuestro propio sistema solar.  

Los científicos pensamos que para interpretar los sistemas exoplanetarios es fundamental conocer en más detalle nuestros planetas vecinos. Al mismo tiempo, se piensa que la caracterización de los nuevos sistemas planetarios que se van descubriendo mejorará la comprensión de la formación, evolución y distribución de los planetas potencialmente habitables en nuestra galaxia.

Para facilitar los intercambios de ideas y las discusiones interdisciplinarias se organizaron charlas temáticas y sesiones de trabajo paralelas, y tuve la oportunidad de dar una charla sobre mi planeta rocoso preferido: Venus. Hablé del contexto en el que se encuentra en los albores de nuevas y futuras misiones espaciales y su función como laboratorio natural para estudiar exoplanetas potencialmente parecidos a él. 

En este Moby Dick  me gustaría centrarme en mi trabajo con Venus. Del otro tema se hablará en otro número de la revista (suspense…)

Venus, nuestro vecino

Nuestro vecino, visible a simple vista al amanecer o al anochecer, me acompaña desde el comienzo de mi carrera investigadora en el 2006, cuando empecé mi tesis de doctorado en el IAA-CSIC, y hasta mi actual trabajo en este mismo centro, tras varios años de estancias postdoctorales en el extranjero. 

Durante mi doctorado me dediqué a analizar emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y monóxido de carbono (CO) en el infrarrojo cercano obtenidas por el instrumento VIRTIS a bordo de la Venus Express, la primera misión espacial  a Venus de la Agencia Espacial Europea (ESA). 

Estas emisiones nos han servido para tener una estimación de la temperatura diurna y de la abundancia de CO en una región muy poco explorada de la atmósfera de Venus, por encima de los 100 kilómetros de altura. 

La Venus Express fue un éxito rotundo. Estuvo observando la atmósfera de Venus desde el 2006 hasta el 2014, haciendo descubrimientos clave, como confirmar que una gran cantidad de agua se ha perdido en el espacio durante miles de millones de años. Además nos mostró imágenes espectaculares de estructuras dinámicas muy complejas, como las del vórtice polar huracanado y extremadamente variable del hemisferio sur, entre otros.

En los últimos diez años, desde mi primer postdoc en París, me dedico a estudiar la atmósfera de Venus usando herramientas teóricas, como los modelos de circulación general (GCM). 

Estos modelos matemáticos son parecidos a los que se utilizan para hacer previsiones meteorológicas en la Tierra, o para predecir cambios climáticos a lo largo de varios años.  Son códigos muy complejos que se basan en las ecuaciones de Navier-Stokes, las leyes de la termodinámica y una serie de parametrizaciones físicas que nos permiten hacer previsiones detalladas en 3D del estado de la atmósfera en cada una de las celdas imaginarias en las que dividimos la atmósfera del planeta. El modelo que utilizo fue desarrollado en el Laboratoire de Météorologie Dynamique, en París, y continúa actualizándose gracias a las contribuciones de los miembros del Departamento del Sistema Solar del IAA-CSIC.

Las observaciones y las simulaciones teóricas son muy complementarias. Los resultados del modelo nos sirven para interpretar las observaciones que obtenemos desde satélites o telescopios en tierra, o incluso para ayudar a preparar futuras misiones a Venus.

El vórtice polar huracanado y extremadamente variable del hemisferio sur de Venus. Crédito: Venus Express
 

¿Por qué ir a Venus, si ya lo conocemos? 

Pero ¿qué sabemos del planeta llamado, en ocasiones, el “hermano gemelo de la Tierra”? ¿Realmente lo conocemos suficientemente bien como para extrapolar el conocimiento actual de su atmósfera (o de su superficie) a exoplanetas potencialmente análogos?

En realidad, Venus sigue rodeado de misterios. A pesar de ser el primer planeta visitado por una sonda espacial allá por los años sesenta, los primeros aterrizajes fracasaron debido a las altas temperaturas y presiones de la superficie del planeta, además del ambiente tóxico y ácido de sus nubes.  Tuvieron que transcurrir quince años (en 1975) para que el vehículo de descenso de la Venera 9 consiguiera separarse de la nave principal, aterrizar y tomar las primeras imágenes de la superficie venusiana.  

En otras palabras, lo difícil no es llegar a Venus, sino superar sus fuertes vientos de hasta 360 km/h que azotan su atmósfera a unos 70-75 km de altura aproximadamente (lo que se define como “súper-rotación”), penetrar su densa capa de nubes de ácido sulfúrico hasta alcanzar su superficie, donde te recibe un clima infernal, con temperaturas capaces de fundir el plomo (480º C) y presiones hasta 90 veces la presión de la Tierra. 

Para que nos hagamos una idea, desde el comienzo de la era espacial solo cuatro sondas han logrado tocar la superficie de Venus y conseguir enviar algunas imágenes directas: las Venera 9 y 10 en 1975, y las Venera 13 y 14 en 1982. 

En comparación, en menos de 25 años, cinco vehículos robóticos se han dado un buen paseo por la superficie de Marte, mostrando que,  sin duda alguna, el planeta rojo llegó a albergar ríos y lagos en el pasado.

Y Venus, ¿llegó a tener agua líquida o incluso océanos en su superficie? 

Aún no tenemos pruebas o evidencias geológicas, como en Marte, de que esto fuera así. De hecho, una de las preguntas que más intrigan a los científicos es saber qué ocurrió en el camino evolutivo de este planeta para que, a pesar de formarse con el mismo material con el que se formó la Tierra, no contenga las condiciones adecuadas para albergar vida.

La presencia de océanos en la superficie de Venus en fase muy temprana, cuando la radiación solar era más débil que la actual, es aún motivo de debate. Algunos modelos teóricos indican que tras la fase de “océano de magma”, Venus podría haber tenido las condiciones favorables para permitir la condensación del vapor de agua y formar océanos durante un periodo de tiempo indeterminado, hasta que tras un evento catastrófico de escala global (por ejemplo, una potente erupción volcánica) hubiera producido una masiva inyección de CO₂ y otros gases a la atmósfera, activando su actual e intenso efecto invernadero y provocando la evaporación de ese potencial océano de agua líquida. 

Sin embargo, otros modelos teóricos indican que los océanos nunca se han podido formar en Venus a causa de las altas temperaturas diurnas (por absorción de radiación solar) y nocturnas (a causa de la formación de nubes y el consecuente efecto invernadero). Sin hablar de otros modelos que incluso predicen que el planeta ya desde una fase evolutiva muy temprana era muy parecido a su estado actual (desecado y con prevalencia de CO₂ en su atmósfera). 

Cuando hablamos de Venus, hay más preguntas abiertas que respuestas: no sabemos cómo han evolucionado la superficie y el interior del planeta; si Venus hoy en día es activo geológicamente y tectónicamente; o si ha sido activo en los últimos mil millones de años; o cómo se formó su atmósfera y cómo ha evolucionado su clima como consecuencia de los procesos geológicos. 

Vista global de Venus simulada por ordenador centrada a 180 grados de longitud este. Crédito: NASA/JPL
 

Adopción de EnVision: la ESA y el IAA-CSIC vuelveN a Venus

Averiguar qué le pasó a Venus para que se convirtiera en el planeta inhóspito que es hoy en día es solo uno de los objetivos científicos de EnVision, la próxima misión a Venus de la Agencia Espacial Europea, con participación de la NASA, y que el 25 de enero 2024 fue oficialmente “adoptada”. Esto quiere decir que la ESA se compromete a llevar a cabo la misión, finalizar el diseño y construir la nave espacial para su lanzamiento con un cohete Ariane 6, previsto para el año 2031.

EnVision será la primera misión en investigar simultáneamente la historia, la actividad y el clima de Venus desde su núcleo interno hasta su superficie y su atmósfera por encima de la capa de nubes (hasta unos 100 km de altura). 

Llevará a bordo seis instrumentos: VenSAR (un radar), SRS (un radar de sondeo subterráneo), un experimento en radiofrecuencias y VenSPec-suite, compuesta por tres espectrógrafos para observar en longitudes de onda desde el visible hasta el infrarrojo cercano: VenSpec-U, VenSpec-M y VenSpec-H. Este último es un espectrógrafo de alta resolución espectral diseñado para observar la atmósfera de Venus y medir los gases volcánicos y su variabilidad, así como los aerosoles que componen sus nubes. El radar permitirá obtener imágenes de la superficie de Venus con una resolución diez veces superior a la sonda Magallanes, y el radar de sondeo medirá la posible actividad geológica por primera vez por debajo de la superficie, hasta los 1000 metros de profundidad. 

El IAA-CSIC contribuye en el desarrollo científico y tecnológico de la misión, siendo responsable del módulo de suministro de potencia de VenSpec-U y VenSpec-H.

No hay dudas de que una nueva etapa científica muy prometedora se presenta para los investigadores y las investigadoras que nos dedicamos a estudiar Venus. No olvidemos que la atmósfera de Venus también ofrece un laboratorio natural para comprender mejor el efecto invernadero desbocado que a largo plazo (debido al progresivo envejecimiento del Sol y aumento de la radiación solar) o incluso a corto plazo (a causa del calentamiento global provocado por la actividad humana) podría inducir la Tierra a seguir el mismo camino evolutivo de Venus. 

Nos queda confiar en el desarrollo y en la inteligencia de los seres humanos para que esto solo ocurra en los próximos… miles de millones de años.