Del misterio del metano marciano a la exobiología

Entrevista con José Juan López Moreno

Observar e imaginar el espacio ha sido una actividad ligada a la humanidad desde sus albores. En él siempre hemos buscado respuesta a inquietantes preguntas sobre nuestra propia naturaleza, nuestra posición en el Universo, la presencia de vida en otros planetas o su origen en el nuestro. Los enormes avances en ciencia y tecnología que han caracterizado la segunda mitad del siglo XX y el comienzo del XXI permiten ahora explorar los secretos mejor guardados del espacio, utilizando sofisticados instrumentos a bordo de aeronaves o instalados en Tierra. Los resultados que se obtienen son a menudo sorprendentes, y no dejan de abrir nuevos y apasionantes interrogantes para la física y la biología. Así, diversas observaciones recientes han sugerido la presencia de metano en la atmósfera de Marte, y entre las hipótesis que se han planteado no se descarta su posible origen biológico (presente o pasado). Todavía más reciente ha sido la publicación de la NASA sobre el descubrimiento de TRAPPIST-1, un sistema solar situado a unos 40 años-luz de la Tierra en el que existen tres planetas que podrían tener agua en superficie y potencialmente albergar vida.

Para conocer mejor estos temas hemos tenido el placer de entrevistar a José Juan López Moreno, astrofísico, profesor de investigación del CSIC y miembro del Departamento de Investigación del Sistema Solar del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC, Granada). El Dr. López Moreno es experto en el estudio de atmósferas planetarias y ha contribuido como científico en varias misiones espaciales en las que ha participado España. En esta ocasión, ha accedido a mantener una conversación con Encuentros en la Biología sobre el misterio del metano en Marte, que nos ha llevado todavía más allá, hasta Europa, Encelado, Titán y el sistema TRAPPIST-1.

José Juan López Moreno

Entrevistado. Crédito: Instituto de Astrofísica de Andalucía.

EEB: ¿Cómo y cuándo se detectó metano en Marte por primera vez?

JJLM: Hay varias publicaciones sobre la detección del metano en la atmósfera de Marte. La primera publicación en 2004 estaba basada en medidas realizadas desde la Tierra, meses después se publica la detección realizada con el instrumento PFS, un fotómetro infrarrojo a bordo de Mars Express y en órbita alrededor de Marte. Posteriormente utilizando espectroscopía de alta resolución se publicaron medidas de la distribución de metano realizadas desde telescopios terrestres.

EEB: ¿Qué concentración de metano se registra en Marte? ¿Es constante y regular en el tiempo y en el espacio?

JJLM: Las concentraciones de metano registradas en Marte se encuentran en los límites de detección de la instrumentación utilizada hasta hoy. Los resultados obtenidos hasta el momento son muy diferentes, muy variables y muestran variaciones que no somos capaces aún de explicar con los conocimientos de física atmosférica actual.

EEB: ¿Cuáles son los posibles orígenes del metano marciano?

JJLM: El metano en la Tierra tiene un origen biológico, sin embargo es muy poco probable que el metano marciano tenga ese origen. El origen del metano en Marte hay que buscarlo en procesos geológicos producidos en el subsuelo en los que materiales como la Olivina, en contacto con agua a alta temperatura pudiera producir metano y éste emergería a la superficie.

EEB: ¿Y los sumideros? ¿Cómo desaparece el metano en Marte? ¿A qué ritmo lo hace?

JJLM: El metano, una vez liberado en la atmósfera se somete a procesos de oxidación y de fotodisociación que lo destruyen. Si no hay reposición desde la superficie, el metano acaba desapareciendo en la atmósfera. El tiempo medio de supervivencia del metano en la atmósfera de Marte es de varios años hasta su desaparición.

EEB: ¿Es este hallazgo un indicio de posible vida en Marte?

JJLM: Como hemos explicado antes, creemos que es muy poco probable que el metano de Marte tenga un origen biológico.

EEB: ¿Existen otras causas abióticas capaces de justificar la presencia de metano en Marte? ¿Podría explicarlas para nuestros lectores?

JJLM: Procesos geológicos ocurridos en el subsuelo de Marte pueden generar la liberación de metano.

EEB: ¿Es la primera vez que se presta atención al enigma del metano?

JJLM: La búsqueda de vida, presente o pasada, en Marte ha sido desde siempre uno de los focos de atención de la investigación espacial. La posible presencia de metano en su atmósfera abrió la puerta a la búsqueda de su origen que podría llevar a la confirmación de la presencia de procesos biológicos que lo produjeran. Las observaciones hasta el momento muestran una variabilidad de metano en la atmósfera que no somos capaces de explicar. Eso hace aún mayor el interés en conocer cómo nace y cómo desaparece el metano en Marte.

EEB: ¿Qué es la misión ExoMars?

JJLM: Es una misión de exploración, es el primer paso de un ambicioso proyecto de exploración del planeta Marte que podría culminar con la presencia humana de Marte. Claro que ese es un objetivo a muy largo plazo. ExoMars está dedicado a estudiar las condiciones de habitabilidad de Marte. Primero con el actual orbital TGO y después, en 2020 con el aterrizaje de un vehículo equipado con un potente laboratorio en su superficie. Este primer paso será continuado con una misión que tomará muestras de la superficie y las traerá de vuelta a la tierra para su estudio.

EEB: ¿Qué papel juega el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en esta misión?

JJLM: El IAA-CSIC participa en uno de los cuatro instrumentos que van a bordo de la nave orbital TGO, el instrumento NOMAD.

EEB: ¿Qué es NOMAD? ¿Cómo funciona?

JJLM: NOMAD es un espectrógrafo con dos canales, uno en infrarrojo y otro en el visible y ultravioleta cercano. Funciona en varios modos de observación: Ocultación solar, midiendo cómo la atmósfera de Marte absorbe la luz procedente del sol, y otra en visión directa tanto al limbo del planeta como mirando desde el satélite hacia la superficie.

NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery)

El «NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery)» es uno de los cuatro instrumentos de la sonda espacia Exomars TGO («Trace Gas Orbiter») que se ha construido con la colaboración de nuestro entrevistado y su equipo. Fue lanzada al espacio el 14 de marzo del 2016.
Créditos: Agencia Espacial Europea.

EEB: ¿ExoMars incluye la discriminación isotópica del carbono para investigar el origen del metano marciano?

JJLM: Efectivamente, la enorme resolución espectral NOMAD permitirá determinar no solo la concentración de los gases minoritarios de su atmósfera, sino también la distribución de los distintos isótopos (deuterio frente a hidrógeno, 13C y 14C frente a 12C) Estas determinaciones de las composiciones isotópicas nos darán mucha luz sobre el origen y evolución de estos gases en la atmósfera.

ExoMars TGO

La ExoMars TGO empezó a frenar en marzo de este año y aún tardará nueve meses en adaptar su velocidad a la órbita elíptica que han diseñado los astrónomos. Así tendrá acceso a los primeros 200 km de la tenue atmósfera marciana. Créditos: Agencia Espacial Europea.

EEB: ¿Está midiendo metano sólo en la atmósfera marciana, o lo hace también en el suelo?

JJLM: NOMAD tiene varios modos de operación, además de estudiar la distribución de gases a lo largo de la atmósfera, también tiene un modo de observación de NOMAD mirando hacia el suelo sincronizado con la cámara de alta resolución.

EEB: ¿Es posible cartografiar la distribución espacial del metano en Marte?

JJLM: Efectivamente, mediremos tanto como se distribuye en altura como la distribución geográfica con objeto de intentar localizar las fuentes de producción (y eventualmente las pérdidas) y poderlas asociar a la geología (montañas, valles, fallas etc.) de la superficie.

EEB: ¿Qué otros compuestos minoritarios, además del metano, están determinando en la atmósfera de Marte? ¿Alguno de ellos puede tener conexión con procesos biológicos actuales o pasados?

JJLM: El vapor de agua, el monóxido de carbono, el oxígeno, en cualquiera de sus formas: atómico, molecular u ozono, son muy importantes para entender el comportamiento global de la atmósfera marciana. NOMAD está también diseñado para detectar oros compuestos como el metanol y el formaldehido que se formarían por la acción del sol y otros compuestos sobre el metano atmosférico.

Posibles fuentes de metano

El metano se puede originar de forma abiótica a partir de la olivina y el agua, ¡pero no se puede descartar que sean los microbios también! Esto podría provocar inyecciones periódicas desde la corteza a la atmósfera, donde la vida media del metano es efímera por culpa de la foto-oxidación.
Créditos: NASA/JPL-Caltech/SAM-GSFC/Univ. of Michigan

EEB: Otro reciente hallazgo señala la pasada ausencia de CO2 atmosférico suficiente para mantener agua líquida en la superficie de Marte, sin embargo, existen pruebas sólidas de la presencia de flujos de agua en ese mismo pasado. ¿Qué posible explicación podría darse al fenómeno?

JJLM: La explicación no puede ser otra que, en un tiempo anterior, la atmósfera de Marte fuera mucho más densa que en la actualidad. Esa atmósfera, debido a la menor gravedad de Marte, se ha ido perdiendo.

EEB: ¿Existe algún otro gas capaz de mantener la temperatura y presión superficial suficientes para permitir la presencia de agua líquida en Marte?

JJLM: La primitiva atmósfera de Marte pudo estar compuesta en una mayor proporción que la actual de nitrógeno molecular y gases nobles que fueron barridos por el viento solar. El CO2 es un gas con peso molecular suficiente para mantener un alto nivel de presión en las condiciones de gravedad de Marte, pero la realidad es que su concentración actual no es lo suficientemente alta para que la presión permita la presencia de agua líquida.

EEB: ¿Cree que esta misión puede ayudar a comprender el origen de la vida en la Tierra?

JJLM: Si encontráramos indicios de que el origen del metano marciano pudiera ser orgánico, se abriría, claramente, una vía de investigación de sumo interés y que aportaría grandes conocimientos para entender el origen de la vida tanto en Marte como en nuestro planeta.

EEB: ¿Cree que la exploración humana es imprescindible para comprender por completo los misterios marcianos?

JJLM: La exploración humana es, claramente, la que permite realizar investigaciones más completas desde todos los puntos de vista, sin embargo, actualmente la tecnología de la que disponemos y el altísimo coste que supondría el desarrollo de ésta, está muy lejos de permitir un viaje tripulado a la superficie de Marte y regreso.

EEB: ¿Qué papel juega el avance técnico al respecto?

JJLM: Fundamental. Hay que desarrollar mucha robótica previamente a una misión humana. Pensemos que despegar de la superficie de Marte es algo más fácil que hacerlo desde la Tierra pero muchísimo más difícil que hacerlo desde la Luna y esto complica sobremanera la realización de una misión humana.

El diseño y ejecución de una misión que aterrice en Marte, tome muestras y regrese a la Tierra es un paso imprescindible antes de intentar una misión humana a su superficie.

EEB: Seguro que conoce el hallazgo de las siete «casi-Tierras» en el sistema TRAPPIST-1. 40 años-luz es demasiado lejos para las sondas, pero ¿se podría utilizar «algo» para hacer lo mismo que en Marte en esos planetas?

JJLM: La distancia al sistema TRAPPIST-1, aunque astronómicamente se puede pensar que es pequeñísima, no permite su exploración «in situ» con instrumentación científica realizada en La Tierra. Nuestros esfuerzos se deben dirigir a perfeccionar los sistemas de observación, tanto desde la superficie de la Tierra como a bordo de naves espaciales, para poder aumentar el detalle de las observaciones de éste y de otros muchos sistemas planetarios ya conocidos o por conocer.

EEB: ¿Podría existir alguna característica en la composición atmosférica de alguno de estos planetas que descartasen cualquier posibilidad de generación abiótica?

JJLM: Claro, cuando contemos con instrumentación capaz de obtener espectros de estos planetas, y con ello la detección de determinados gases (metano, amoniaco, vapor de agua, oxígeno, etc.) podremos entender mucho sobre su capacidad para albergar vida.

EEB: En su opinión, ¿A cuál de estos objetivos cree que debería dedicarse mayor esfuerzo con el objetivo de encontrar posible actividad biológica pasada o presente: Marte, Europa, Próxima b o TRAPPIST-1? ¿Nos recomienda algún otro sitio más atractivo en este aspecto?

JJLM: Yo tengo debilidad por un cuerpo del sistema solar que esconde en su superficie el milagro del estado líquido. El estado líquido es un rarísimo estado de la materia. Tanto es así que en la Tierra sólo hay dos compuestos que permanecen de forma estable es su superficie en estado líquido: uno es el agua, y ésta se mantiene porque hay mucha, y el otro compuesto es el mercurio. Cualquier otro líquido que se deje en la superficie de la tierra se evaporará (o sea pasará a estado gaseoso) y no volverá a ser líquido nunca más. El estado líquido permite la realización de reacciones químicas mucho más complejas y a velocidades mucho mayores que las reacciones que se dan entre sólidos y entre gases. Este hecho ha permitido el desarrollo en la Tierra de esa química tan compleja que ha dado lugar a la vida.

Pues bien, el único cuerpo del Sistema Solar en cuya superficie sabemos que hay algún compuesto en estado líquido es Titán en cuya superficie el metano y el etano pueden encontrarse en estado líquido La exploración de Titán mediante una misión de más larga duración que la que la sonda Huygens a bordo de la misión Cassini realizó, sería fundamental para el conocimiento de posibles formas orgánicas complejas así como de la evolución de la atmósfera terrestre. Añadamos al hecho de la presencia de elementos líquidos en su superficie, que la atmósfera de Titán está compuesta principalmente, al igual que la nuestra, de nitrógeno lo que permite pensar que la atmósfera presente de Titán es parecida a la que pudo tener la Tierra en sus primeros estadíos de formación.

Hay en el Sistema de Saturno otro satélite, Encelado, que nos ofrece a través de sus géiseres del polo sus chorros de vapor de agua mezclado con compuestos orgánicos que expulsa desde sus océanos interiores. Una misión que vuelva a Titán y estudie a fondo Encelado es, para mí, la prioridad número uno en la exploración espacial.

Titán

Titán, la luna gigante de Saturno (vista por la sonda Cassini) es uno de los astros preferidos de nuestro invitado. Sus condiciones permiten la existencia de mares y ríos, no de agua, sino de metano. ¿Qué seres vivos se podrían desarrollar en tal disolvente apolar? Créditos: NASA

EEB: ¿Cuál es la base física que permitirá a telescopios como el JamesWebb analizar atmósferas tan lejanas como las de planetas del recién descubierto TRAPPIST-1?

JJLM: Su altísima resolución espacial permitirá ayudar a distinguir qué parte de la información que recibimos procede de la estrella central y qué parte de cada uno de los planetas que la rodean.

EEB: ¿Qué sistemas de propulsión viables a medio plazo permitirían emprender misiones robóticas a sistemas «cercanos» como Proxima Centauri?

JJLM: La propulsión basada en energía nuclear, con los enormes riesgos que conlleva, sería la única que permitiría realizar naves que pudieran ser aceleradas hasta alcanzar la altísima velocidad para intentar conseguir llegar a esos sistemas cercanos en un tiempo a escala con la vida humana.

EEB: ¿Hay alguna característica en la fina atmósfera del satélite Europa que pudiera suponer un problema para una futura misión robótica a su superficie? ¿O considera que el mayor desafío para dicha sonda sería el viaje interplanetario?

JJLM: El viaje interplanetario a Europa no es complicado y se ha realizado ya en varias ocasiones. La misión Juice que la ESA planea lanzar al sistema de Júpiter en 2022 hará sobrevuelos a Europa aunque no está previsto el aterrizaje en su superficie. Un aterrizaje de este tipo sí puede presentar graves inconvenientes al carecer de atmósfera densa. Por otro lado, la enorme interacción de los motores que permitieran su aterrizaje sobre la superficie de Europa, podrían arruinar los resultados de la propia misión debido a la contaminación de agentes externos.

EEB: ¿Existe algún mecanismo que permita a Europa mantener un núcleo activo capaz de generar energía interna?

JJLM: Efectivamente, se piensa que las mareas producidas por su rotación alrededor de Júpiter, pueden proporcionar energía en su núcleo. También se ha pensado en la posibilidad de la presencia de un núcleo metálico fundido que al enfriarse proporcione energía.

EEB: Una pregunta filosófica: Si, finalmente encontramos un modo viable para terraformar Marte, ¿cree que el ser humano está éticamente legitimado para colonizarlo, especialmente si se descubrieran indicios de vida pasada microbiana?

JJLM: No veo ningún inconveniente ético en colonizar Marte para adecuarlo a aceptar presencia humana en él. En caso de que se encontrara vida microbiana en él y que ésta estuviese basada en mecanismos distintos a los que ocurren en nuestro planeta, habría que estudiar cómo preservarla y cómo permitir su evolución.

EEB: ¿Les ha costado mucho trabajo convencer a las autoridades para que financien el proyecto NOMAD de Exomars?

JJLM: Me costó mucho trabajo conseguir que el proyecto fuera aprobado inicialmente por ESA y NASA y posteriormente por ESA y ROSCOSMOS (la agencia espacial rusa) y lo conseguimos.

Convencer a las autoridades españolas para que lo financiaran me ha resultado una labor imposible: no lo han financiado. Han sido nuestros colegas belgas y del Reino Unido los que han corrido con el 95% de los gastos que correspondían a España en el consorcio inicial que propuso el instrumento.

EEB: Por último, una cuestión que puede resultar interesante a muchos estudiantes de educación secundaria y universitaria: ¿qué les recomienda si están interesados en trabajar en astrofísica o exobiología en su futuro profesional? ¿Qué recorrido curricular y académico cree que sería más apropiado?

JJLM: No soy muy dado a dar consejos, pero está claro que una fuerte formación en matemáticas, física, química y biología, además de un buen conocimiento de nuevas tecnologías (electrónica y computación) es fundamental como base del desarrollo de una carrera en astrofísica o en exobiología. Cualquiera de los estudios de ciencias e ingenierías es una buena base. Luego, una estancia en un buen centro de investigación en España o en el extranjero es imprescindible. Combinar la carrera entre España y centros de élite extranjeros dará resultados científicos de primera línea.