Marte es un planeta por el que sentimos debilidad en la Tierra. Lo demuestran las numerosas misiones enviadas allí desde que la misión Mariner 9 lo orbitara por primera vez en 1971. Es cierto que su cercanía ayuda, pero Marte aglutina características que lo convierten en un objetivo científico único: vientos de hasta treinta kilómetros por segundo, gigantescas tormentas de polvo o la posibilidad de que albergara agua líquida en el pasado, entre muchas otras. Además, cada misión ha servido para acrecentar el mito marciano. Un ejemplo de ello es la inesperada detección, por parte de la sonda Mars Express en 2004, de trazas de gas metano en su atmósfera, cuyo origen aún se desconoce.
Desde hace más de una década, la Agencia Espacial Europea (ESA) trabaja en el programa ExoMArs 2016-2018 que consta de dos misiones que visitarán el planeta vecino en los próximos años. La primera de ellas –ExoMars 2016– se lanzará en enero de 2016 y consta de un orbitador (TGO) y un módulo de descenso. La segunda parte –ExoMArs 2018– pretende situar en 2018 un rover sobre la superficie marciana.
ExoMars resolverá muchas de las incertidumbres actuales sobre el planeta rojo, pero seguro que también añadirá nuevas piezas al puzle marciano. Pero para maximizar el retorno científico de ExoMars antes hay que poner al día nuestro conocimiento sobre Marte, y con este objetivo ha surgido el proyecto UPWARDS.

UPWARDS: poniendo Marte al día

Understanding Planet Mars With Advanced Remote-sensing Datasets and Synergistic Studies (UPWARDS) constituye un consorcio coordinado desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que cuenta con la participación de grupos de investigación procedentes de siete instituciones científicas europeas. UPWARDS busca ser un puente entre ExoMars y los programas anteriores de exploración de Marte, especialmente Mars Express, la misión europea que desde 2003 gira en torno al planeta rojo.
Durante los próximos tres años UPWARDS pondrá a punto nuevas herramientas de análisis, muchas de ellas basadas en las mismas técnicas que se emplean en climatología y meteorología terrestres, y que servirán para la explotación científica de los datos que genere ExoMars 2016 como nunca antes se había hecho con una misión espacial. Además, los investigadores de UPWARDS aplicarán estas herramientas, junto con nuevos modelos geofísicos y atmosféricos, sobre el ingente conjunto de datos procedentes de misiones anteriores con el fin de abordar una selección de los principales retos abiertos en la actual investigación marciana. Será una revisión científica de buena parte de nuestro conocimiento actual sobre Marte a la luz de nuevos desarrollos y estrategias, de cara a definir un contexto científico de referencia sobre el que preparar tanto los objetivos de ExoMars 2018 como el de futuras misiones a Marte.
UPWARDS afrontará algunos de los retos científicos abiertos más importantes de Marte. Son buena parte de las piezas que conforman el actual puzzle marciano. Estas son algunas de ellas:

Interacción subsuelo - superficie - atmósfera

El subsuelo marciano -una zona inaccesible de manera directa con los instrumentos actuales- es uno de los temas más candentes en la moderna investigación sobre Marte, ya que se encuentra detrás de muchos de los fenómenos que observamos en la superficie y en la atmósfera marcianas.

Por ejemplo, uno de los mecanismos propuestos para explicar la enigmática y variable presencia de pequeñas trazas de metano en la atmósfera del planeta rojo se basa en la desestabilización esporádica del hielo y de los clatratos existentes en el subsuelo marciano. Los clatratos son estructuras moleculares de agua helada en las que estaría atrapado el gas metano, y que se piensa son también responsables de mucha de la actividad geológica que se observa en la superficie marciana.
Sea cual sea el origen del metano, tampoco conocemos el mecanismo mediante el que se transporta desde el subsuelo hasta la superficie, y de ahí a la atmósfera. Esto es determinante para explicar tanto las cantidades como la frecuencia con la que se detecta, pero exige un completo conocimiento del entorno del subsuelo del que hoy en día no disponemos.
Más allá de explicar las cantidades de metano observadas, comprender bien la interacción global entre el subsuelo, la superficie y la atmósfera de Marte abriría la puerta a resolver buena parte de la complejidad de este planeta entendido como un sistema global. Por ejemplo, nos permitiría dibujar la evolución térmica del planeta; o explicar cómo el vapor de agua procedente de la atmósfera puede difundirse hacia los estratos inferiores y formar hielo por condensación bajo la superficie en una de las etapas clave del ciclo del agua marciano.
UPWARDS pretende analizar todas estas regiones de una manera conjunta, aplicando modelos más refinados que reproduzcan la interacción entre subsuelo, superficie y atmósfera, con el fin de lograr trazar un escenario aplicable a Marte en su totalidad. Herramientas innovadoras podrían, por ejemplo, reconstruir las trayectorias de los vientos marcianos y, a partir de ahí, trazar a la inversa el camino seguido por especies químicas como el metano hasta localizar de manera inequívoca su fuente original.

Una superficie siempre oculta por aerosoles

En la superficie de un planeta se refleja buena parte de su historia y evolución geológica. Y nunca mejor dicho, porque precisamente gracias al análisis de la luz solar reflejada en ella es posible dibujar el mapa de su composición mineralógica superficial. En este mapa se puede encontrar la huella de fases de gran actividad interna, posibles impactos de meteoros o fenómenos geológicos hoy extintos. Sin ir más lejos, en el caso de Marte algunos minerales presentes en su superficie son evidencias claras de la existencia de agua líquida en el pasado reciente del planeta. Por tanto, conocer con detalle la composición superficial de Marte es un punto crucial a la hora de reconstruir y entender su imagen actual.
Pero antes de ser detectada desde el espacio, la luz reflejada desde la superficie de Marte debe atravesar su atmósfera. Este hecho enmascara las medidas con una importante contribución procedente de la propia composición atmosférica del planeta, especialmente gases de diferentes especies y aerosoles (partículas en suspensión de diferente tamaño y concentración que dispersan la luz reflejada). Por tanto, es necesario identificar esta contribución y desacoplarla de la señal para poder estudiar con la mayor fiabilidad posible la composición química de la superficie del planeta.
Hasta ahora, en la mayoría de los casos dichas medidas solamente se corregían de la presencia de los gases atmosféricos, pero las nuevas técnicas de análisis que se van a desarrollar bajo UPWARDS permitirán aislar y eliminar el efecto de los aerosoles de entre 0,4 y 4 micras. Esto permitirá contar con un fidedigno mapa de composición de la superficie marciana, clave para correlacionar posibles zonas de hielo y depósitos de clatratos; o para discernir los cambios estacionales y anuales en el albedo marciano –fracción de luz solar reflejada al espacio- debido a la redistribución de polvo sobre la superficie.

El ciclo del agua

Actualmente las condiciones de presión y temperatura impiden la presencia de agua líquida sobre la superficie marciana. Pero, aún así, Marte posee un ciclo hidrológico activo, caracterizado por una gran variabilidad -tanto geográfica como estacional- que afecta a la cantidad de agua existente en forma de vapor y de hielo a lo largo del año.
Este ciclo es una pieza fundamental a la hora de resolver buena parte del puzle marciano, no solo por la influencia en su clima, sino porque de su comportamiento se deriva buena parte de la geología marciana actual (por ejemplo, en aspectos tan importantes como la formación de hielos y clatratos en el subsuelo), así como de las posibles condiciones de habitabilidad que Marte pudo tener en el pasado.
Es conocido que durante el verano marciano gran parte de los casquetes polares subliman en forma de vapor de agua, que se desplaza grandes distancias debido a la acción del viento. Posteriormente, durante el invierno, gran parte de este vapor vuelve a condensarse en los polos. A una escala más local se pueden formar condensaciones en forma de nubes, mucho más tenues que las terrestres, que desempeñan un papel clave en el clima marciano al modificar la cantidad de radiación solar que alcanza la superficie del planeta. También es conocida la formación de capas de hielo sobre la superficie, que pueden mantenerse durante unas pocas horas en verano y hasta varias decenas de días en el invierno. Estos reservorios de hielo son importantes a la hora de comprender la variabilidad interanual observada en este ciclo.
Aunque disponemos de un conocimiento general del ciclo, el diablo se esconde en los detalles. Es a la hora de describirlos cuando comprobamos que muchos procesos físicos asociados al ciclo del agua no se entienden del todo. Precisamente, al introducir los efectos radiativos de las nubes, los modelos dejan de ser capaces de reproducir las observaciones en detalle. Otros aspectos, como la distribución vertical de vapor de agua y su ciclo diurno, o la variabilidad de las nubes durante el día, tampoco se han explicado convincentemente.
El objetivo de UPWARDS consiste en reunir y analizar en detalle todos los datos disponibles sobre el ciclo del agua, y que son muy dispersos e indirectos, para formar una visión coherente entre todos los procesos relacionados con dicho ciclo y que se atacan desde UPWARDS, como el subsuelo, el albedo y el polvo.

Fabulosas tormentas de polvo

Sin duda, otra de las características más llamativas del planeta vecino es la presencia de extraordinarias tormentas de polvo, que en algunos casos pueden llegar a cubrir literalmente toda la superficie. Estas gigantescas tormentas suelen iniciarse en el hemisferio sur durante el perihelio y son variables tanto en magnitud como en frecuencia, con una media de aproximadamente un evento cada tres años. Otras tormentas son mucho mas localizadas y ocurren con gran frecuencia, tanta que dificilmente existe un dia marciano globalmenteclaro, limpio de polvo por todas partes.
¿Qué mecanismos son capaces de generar estos fenómenos? Aún no hay respuesta, pero evidentemente son fenómenos que inciden de manera directa en otros factores, como la formación de hielos en la superficie o el propio ciclo del agua.
UPWARDS pretende caracterizar las tormentas de polvo en todas sus escalas y desde una perspectiva global e interconectada con el resto de fenómenos marcianos. Su origen, evolución y propiedades serán estudiados mediante el análisis de observaciones y el empleo de modelos muy detallados. Se analizarán los impactos de estas tormentas en la temperatura global de la superficie y la atmósfera, así como su efecto en las cantidades de hielo y vapor de agua existentes y, en general, en el clima marciano.

La termosfera

La termosfera de Marte es la zona de transición entre las capas más bajas de la atmósfera y aquellas más exteriores que conectan con el espacio exterior. Se trata de una zona fundamental para componer una visión global de la atmósfera del planeta y de los procesos que en ella ocurren, desde su acoplamiento físico, químico y dinámico con la superficie hasta la interacción con el espacio exterior. Muy compleja y activa dinámicamente, esta región es muy sensible a fenómenos superficiales como las tormentas de polvo, que provocan bruscas variaciones de  temperatura en las capas más inferiores de la atmósfera y que se dejan sentir en la termosfera. Además, es una región crítica a la hora de cuantificar el aerofrenado para futuras misiones orbitales alrededor de Marte.
A pesar de su interés y de ser objetivo clave de la futura ExoMars, no hay muchos datos referentes a esta región, pero gran parte de los existentes son complejos y están a la espera de ser analizados.
UPWARDS está desarrollando un conjunto de herramientas que explotará estos datos de una manera innovadora, con el fin de obtener una visión más extensa y profunda de esta región y de su papel en la atmósfera marciana. Se analizarán aspectos que actualmente no se conocen en detalle, como su variabilidad interanual, la posible influencia del ciclo del agua, las tormentas de polvo y de las partículas en suspensión atmosféricas, la pérdida de especies químicas al medio interestelar o la influencia del ciclo solar, entre otros muchos.

Repensar Marte

En definitiva, UPWARDS obtendrá una nueva imagen global de Marte. Una puesta a punto de todo nuestro conocimiento marciano a la espera de las nuevas sorpresas que, sin lugar a dudas, deparará la futura generación de misiones a nuestro planeta vecino.