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Observatorio Astronómico: ¿Agua líquida en Marte?

09/11/2020 |  El planeta Marte está cerca de la Tierra cuando hay oposición: la Tierra y Marte están del mismo lado del Sol. El 13 de octubre del 2020, Marte estuvo a 63 millones de Km.

La figura muestra las oposiciones desde 2003 hasta 2018.

 

La siguiente foto fue obtenida el 28 de agosto durante la oposición del año 2003 con el telescopio Celestron de la UTN, fotografía digital c/Fuji Fine S1 Pro. Autor: Hugo Almada.
Se observa el casquete polar blanco que puede ser hielo (agua líquida) y/o dióxido de C sólido.

 

La siguiente figura muestra una foto (los datos están en la foto) del ocultamiento de Marte por la Luna el 9 de agosto del 2020.

 

¿ Existe agua líquida en Marte ?
Cada sustancia tiene una presión P y temperatura T (Punto Triple PT) que son las mínimas P y T a la cual puede existir el cuerpo como líquido, a menor P y T  no puede existir como líquido, solo sólido o vapor. También cada sustancia tiene una temperatura Tc (temperatura crítica) que es la máxima T que puede existir como cuerpo líquido, a mayor temperatura que Tc no puede existir líquido y el cuerpo es un gas: a temperatura T mayor que Tc es gas (no se puede licuar sin bajar la T), a T menor que Tc es vapor.

Las figuras indican los valores de PT y Tc para el agua H2O y el dióxido de carbono CO2

 

Se señala que en la figura de la sustancia agua, hielo es agua sólida, agua es agua líquida y vapor es vapor de agua.
En la figura de la sustancia CO2 , dice gas pero es vapor, es gas a temperatura mayor a 31,1 oC.
En las 2 figuras, las líneas de equilibrio sólido – líquido (PF) son prácticamente verticales, pero la de agua levemente inclinada a la izquierda (Dhielo < Dlíq) y la de CO2 a la derecha.
La sustancia agua H2O se encuentra en la Tierra en los tres estados: sólido (hielo), líquido y vapor, esto es posible por las condiciones ambientales de presión P y temperatura en la Tierra: temperaturas entre – 40 y 60 grados centígrados oC y presión 1 atmósfera = 101 kPa. La atmósfera de la Tierra, formada por 79 % de gas nitrógeno N2, 20 % de gas dioxígeno O2 y otras sustancias, por ejemplo, vapor de agua, vapor o gas dióxido de carbono CO2 ,  gas argón Ar, ejerce una presión en el nivel del mar de P = 1 atm = 760 mm Hg que varía según la altura a la superficie de la Tierra. 
Para que la sustancia agua H2O exista como líquido, la presión P y la temperatura  mínima son P = 4,6 mm de mercurio Hg (0,006 atm) y T = 0,01 oC, por lo tanto en la Tierra existe agua líquida, también como sólido y vapor (no como gas).

Para que la sustancia dióxido de carbono CO2 exista como líquido, la presión P mínima es P = 3950 mm de mercurio Hg (5,2 atm) a cualquier temperatura T, por lo tanto en la Tierra no existe dióxido de C líquido ni sólido (a 1 atm., es sólido a - 78 oC), si como vapor (y gas a T igual o mayor de 31,1 oC). Si el CO2 se solidifica, que es el conocido “hielo seco”, el CO2 sólido a la P = 1 atm y TAmbiente pasa directamente de sólido a vapor, no a gas ni a líquido !!!.

Todos los planetas y satélites del sistema solar son sistemas abiertos, o sea intercambian energía y masa con el medio exterior.

Se analizan las condiciones necesarias para que en Marte exista agua líquida.
La superficie del planeta Marte tiene una atmósfera muy delgada, contiene 95 % de vapor de dióxido de carbono CO2 y 0,03 % de vapor de agua H2O, la presión P de la atmósfera de Marte varía entre 2 y 8 mm Hg (aproximadamente 100 veces menor que en la Tierra) y la temperatura varía entre – 130 y 20 oC.
El planeta Marte tiene las 4 estaciones como la Tierra y su  gravedad es el 40 % de la Tierra, un peso 100 kgF en la Tierra son 40 kgF en Marte (la masa es la misma: 100 kg).
Analizando los valores de presión P y temperatura T para el dióxido de C CO2 y para el agua H2O en Marte, se obtienen las siguientes conclusiones para su superficie:
* para el agua H2O, solo puede estar como líquido en la superficie de Marte donde la P es mayor de 4,6 mm Hg y T es mayor a 0,01 oC, si la P es menor que 4,6 mm Hg, el agua está como sólido (hielo) o vapor. Luego, el casquete polar puede ser hielo. Es posible que se encuentre agua sólida, líquida y vapor debajo del suelo a distintas profundidades.
* para que el dióxido de C CO2 exista como cuerpo líquido la presión P mínima es P = 3950 mm de mercurio Hg (5,2 atm) a cualquier temperatura T, luego en la superficie de Marte el CO2 puede estar únicamente como sólido (“hielo seco”) o vapor.

Para deducir en cual estado macroscópico (cuerpo sólido, líquido, vapor, gas) existe una sustancia que se encuentra en cualquier objeto del Universo, se deben aplicar los conceptos anteriores, conocer las figuras presión P – temperatura T (PT y Tc) para la sustancia y las condiciones ambientales del objeto celeste.