Un trocito del planeta rojo en la UMA

Málaga/Un tubo cilíndrico de 12 metros de largo, dos de diámetro y 20 metros cúbicos de volumen, totalmente sellado y realizado en acero inoxidable, preside desde septiembre el laboratorio principal del UMA Laserlab. Y, aunque parezca de película de ciencia ficción, lo que aloja en su interior es la atmósfera de Marte.

La presión media –unos siete milibares, cien veces menor que la de la Tierra– su temperatura, su composición –95% dióxido de carbono y 3% nitrógeno–, el viento y las condiciones de radiación solar se reproducen para tener un trocito del planeta rojo envasado al vacío. Esto permite a experimentar bajo las mismas condiciones de Marte para dar respuesta al objetivo principal, evaluar sus condiciones de habitabilidad.

“Trabajamos en la misión MARS 2020, somos uno de los equipos de ciencia del proyecto, que son los que se encargan de diseñar los experimentos y medidas que se van a hacer en Marte, la toma de datos y la interpretación de los mismos”, indica el catedrático de Química Analítica de la UMA Javier Laserna, que lleva la dirección científica. “En el rover Perseverance hay siete instrumentos y uno de ellos es la SuperCam, constituida a su vez por otros seis, nosotros trabajamos en ella”, subraya Laserna.

El catedrático explica que este instrumento analiza la superficie de Marte, las rocas que encuentre a una distancia como máximo de 12 metros, para establecer la minerología del planeta en el lugar del aterrizaje, el cráter Jezero.

“Estas medidas las toma a distancia, en espacio abierto, no es como los demás instrumentos que son de contacto, por tanto se trata de una teledetección”, agrega Laserna. “Mandamos un láser, llega a la superficie de la roca y con una serie de señales ópticas que son características de los elementos que componen la piedra y su abundancia sacamos la identidad de los minerales que la componen”, desgrana el investigador.

Como todos los métodos de análisis químico funcionan por comparación, la SuperCam compara los datos reales obtenidos de la superficie marciana con estándares de la tarjeta de calibración que lleva inserta el rover. La información que los científicos ya han trasladado desde la tierra y la que consiga in situ le servirá para establecer la composición de los materiales que se encuentre.

Analizar la respuesta de minerales en el ambiente marciano

Pero no toda la información se encuentra en esa tarjeta de calibración para que la SuperCam pueda determinar con fiabilidad el elemento al que ha enfocado el láser. Así que en el UMA estudian la respuesta que dan las rocas en las condiciones de la superficie de Marte para poder comparar sus datos con los que reciban de la misión. “Por eso necesitábamos doce metros desde la cabeza del láser hasta la muestra, porque es la distancia máxima de la SuperCam”, apunta Laserna.

El material no responde igual a cero grados que a temperaturas mucho más extremas, ni tampoco cuando está bajo el agua o en la superficie. Por eso es tan importante simular las condiciones reales del planeta rojo. “Para que nos de una respuesta próxima a lo que van a encontrar allí”, como señala el catedrático, y se pueda hacer un análisis correcto de los datos que se irán enviando a través del orbitador.

Desde hace más de 40 años se tienen imágenes de Marte, se sabe que hay picos tan altos como el mayor volcán conocido del sistema solar, el Monte Olimpo de más de 22 kilómetros, antiguos lagos y cursos de ríos. Se han visto impactos de meteoritos, sistemas dunares y se le ha puesto nombre al polvo de la superficie, que se llama regolito. “Pero no se conoce aún su composición”, dice el investigador de la UMA.

Así que cuando la Mars 2020 aterrice el 18 de febrero de 2021, casi siete meses después de su lanzamiento, espera desvelar esta y muchas otras incógnitas sobre nuestro planeta vecino.

Acústica de los plasmas inducidos por láser

En los últimos tres meses, desde la llegada a la cámara diseñada por el equipo de Laserna y construida en la provincia de Guipuzcoa, los investigadores están conociendo el manejo y la respuesta de esta compleja instalación.

“Hemos empezado a analizar minerales que conocemos que también están en Marte, como carbonatos, silicatos y minerales de hierro y ya sabemos la respuesta que darían en el ambiente marciano”, dice el catedrático de la UMA. Igualmente, están estudiando “la respuesta acústica de los plasmas inducidos por láser”.

El científico explica que el plasma que sale de la superficie de la roca cuando choca con el láser se expande a velocidad supersónica. La SuperCam del rover lleva un micrófono para detectar el sonido de los plasmas, otra forma de conocer la composición de los materiales.

“Ese sonido lo utilizaremos para normalizar la prueba visual, como un método de control”, añade Laserna. Por tanto, tanto la imagen como el sonido se convierten en dos parámetros para verificar que se trata de un material concreto. “También estamos descubriendo que la onda acústica parece que está condicionada a las propiedades del mineral”, expone el catedrático.

Para ello también han instalado un micrófono en la cámara del Laserlab. “Tenemos una base de conocimiento relativamente alta sobre cómo se comportan esas ondas acústicas en el aire, pero poco en una atmósfera como la de Marte”, añade. Así que estos experimentos que están llevando a cabo en el seno de la UMA están permitiendo conocer cómo se propagan las ondas acústicas y cómo son las condiciones del Planeta Rojo. “Esta es una de las soluciones más avanzadas que aporta nuestra cámara a la investigación planetaria”, destaca Laserna.

La cámara, que ha sido financiada a través de los Fondos de Infraestructura del Ministerio de Ciencia e Innovación, es cilíndrica porque las estructuras sin caras planas soportan mucho mejor el vacío. Es completamente estanca y dispone de un irradiador solar para iluminar las muestras con la misma dosis de radiación que se da en Marte. En España no hay ninguna de estas características y en Europa, para hallar otra instalación similar, hay que viajar a Dinamarca. Por esto, la Universidad de Málaga se ha puesto a la vanguardia de este campo de investigación.

“La cámara es una plataforma extraordinaria para hacer cualquier tipo de experimento, no solo sirve para estudiar la composición de rocas y minerales en Marte, también para analizar la respuestas de polímeros en su atmósfera o en otros sistemas como la Luna o el vacío del espacio”, indica Laserna. Con él otros 16 científicos trabajan en el UMA Laserlab.

El UMA Laserlab se agrupó en su instalación actual en 2015

El laboratorio es una instalación que se puso en marcha en 2015 para alojar las dotaciones instrumentales y de personal del UMA Laserlab, que antes estaba disperso en varios edificios. En esta construcción, en el Campus de Teatinos y cercana a la Facultad de Ciencias, se están llevando a cabo distintas líneas de investigación. “El personal permanente pertenece al departamento de Química Analítica de la Facultad de Ciencias”, explica Javier Laserna. Y subraya que una de estas líneas de trabajo es “la investigación y el desarrollo de tecnologías analíticas para la exploración planetaria”. Las instalaciones disponen de tres cámaras de simulación del ambiente marciano, además de espectómetros y otras tecnologías de última generación.

Para la investigación pública y privada

La cámara que ha puesto en marcha la UMA podrá ser utilizada por cualquier equipo de investigación, público o privado, que requiera de este tipo de instalaciones. Con ella se podría probar la resistencia y durabilidad de los materiales que se van a enviar al espacio antes de una misión, si pueden aguantar las condiciones de otros sistemas, o la supervivencia de organismos vivos fuera de la Tierra. “Ya se están haciendo experimentos con bacterias y líquenes en el espacio, y nuestra cámara podría servir para analizar la resistencia de organismos vivos expuestos a su atmósfera”, afirma el catedrático. Para el director del UMA Laserlab, la cámara abre la puerta a multitud de proyectos que tienen en Málaga un lugar en el que poner su foco.