Aerogel de sílice, una forma material de hacer habitable a Marte

Los casquetes polares en Marte son una combinación de agua helada y CO2 congelado. Al igual que su forma gaseosa, el CO2 congelado permite que la luz solar penetre mientras atrapa el calor. En el verano, este efecto invernadero de estado sólido crea focos de calentamiento debajo del hielo, vistos aquí como puntos negros en el hielo. Crédito: Harvard SEAS.

Este material podría calentar la superficie marciana de manera similar a la forma en que los gases de efecto invernadero mantienen a la Tierra caliente.

Las personas han soñado durante mucho tiempo con la remodelación del clima marciano para que sea habitable para los humanos. Carl Sagan fue el primero fuera del ámbito de la ciencia ficción en proponer terraformación. En un artículo de 1971, Sagan sugirió que la vaporización de los casquetes polares del norte "produciría ~ 10 sg cm-2 de atmósfera en el planeta, mayores temperaturas globales a través del efecto invernadero y una probabilidad mucho mayor de agua líquida".

El trabajo de Sagan inspiró a otros investigadores y futuristas a tomar en serio la idea de la terraformación. La pregunta clave fue: ¿hay suficientes gases de efecto invernadero y agua en Marte para aumentar su presión atmosférica a niveles similares a los de la Tierra?

En 2018, un par de investigadores financiados por la NASA de la Universidad de Colorado, Boulder y la Universidad del Norte de Arizona encontraron que el procesamiento de todas las fuentes disponibles en Marte solo aumentaría la presión atmosférica a aproximadamente el 7 por ciento de la Tierra, muy por debajo de lo que se necesita para hacer el planeta habitable.

Terraformar Marte, al parecer, era un sueño imposible de cumplir.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Harvard, el Jet Propulsion Laboratory de la NASA y la Universidad de Edimburgo, tienen una nueva idea. En lugar de intentar cambiar todo el planeta, ¿qué pasaría si adoptara un enfoque más regional?

Los investigadores sugieren que las regiones de la superficie marciana podrían hacerse habitables con un material, el aerogel de sílice, que imita el efecto invernadero atmosférico de la Tierra . A través del modelado y los experimentos, los investigadores muestran que un escudo de aerogel de sílice de dos a tres centímetros de espesor podría transmitir suficiente luz visible para la fotosíntesis, bloquear la radiación ultravioleta peligrosa y elevar las temperaturas por debajo del punto de fusión del agua de forma permanente, todo ello sin la necesidad de cualquier fuente de calor interna.

El artículo está publicado en Nature Astronomy.

"Este enfoque regional para hacer que Marte sea habitable es mucho más factible que la modificación atmosférica global", dijo Robin Wordsworth, Profesor Asistente de Ciencias e Ingeniería Ambientales de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard y del Departamento de la Tierra y la ciencia planetaria. "A diferencia de las ideas anteriores para hacer que Marte sea habitable, esto es algo que se puede desarrollar y probar sistemáticamente con los materiales y la tecnología que ya tenemos".

"Marte es el planeta más habitable de nuestro Sistema Solar, además de la Tierra", dijo Laura Kerber, Investigadora Científica del Jet Propulsion Laboratory de la NASA. "Pero sigue siendo un mundo hostil para muchos tipos de vida. Un sistema para crear pequeñas islas de habitabilidad nos permitiría transformar Marte de una manera controlada y escalable".

Los investigadores se inspiraron en un fenómeno que ya ocurre en Marte.

A diferencia de las capas de hielo polar de la Tierra, que están hechas de agua congelada, las capas de hielo polar en Marte son una combinación de agua helada y CO2 congelado. Al igual que su forma gaseosa, el CO2 congelado permite que la luz solar penetre mientras atrapa el calor. En el verano, este efecto invernadero de estado sólido crea focos de calentamiento debajo del hielo.

"Comenzamos a pensar en este efecto invernadero de estado sólido y cómo podría invocarse para crear ambientes habitables en Marte en el futuro", dijo Wordsworth. "Comenzamos a pensar qué tipo de materiales podrían minimizar la conductividad térmica pero aun así transmitir la mayor cantidad de luz posible".

Los investigadores llegaron al aerogel de sílice, uno de los materiales más aislantes jamás creados.

Los aerogeles de sílice son 97 por ciento porosos, lo que significa que la luz se mueve a través del material, pero las nano capas interconectadas de la radiación infrarroja de dióxido de silicio reducen considerablemente la conducción de calor. Estos aerogeles se utilizan en varias aplicaciones de ingeniería hoy en día, incluidos los Rovers de Exploración de Marte de la NASA.

"El aerogel de sílice es un material prometedor porque su efecto es pasivo", dijo Kerber. "No requeriría grandes cantidades de energía o el mantenimiento de piezas móviles para mantener un área caliente durante largos períodos de tiempo".

Usando modelos y experimentos que imitaban la superficie marciana, los investigadores demostraron que una capa delgada de este material aumentaba las temperaturas promedio de las latitudes medias en Marte a temperaturas similares a la Tierra.

"Distribuido en un área lo suficientemente grande, no necesitarías ninguna otra tecnología o física, solo necesitarías una capa de estas cosas en la superficie y debajo tendrías agua líquida permanente", dijo Wordsworth.

Este material se podría usar para construir cúpulas habitacionales o incluso biosferas autocontenidas en Marte. 

"Hay una gran cantidad de fascinantes preguntas de ingeniería que surgen de esto", dijo Wordsworth.

A continuación, el equipo tiene como objetivo probar el material en climas similares a los de Marte en la Tierra, como los valles secos de la Antártida o Chile.

Wordsworth señala que cualquier discusión sobre cómo hacer que Marte sea habitable para los seres humanos y la vida en la Tierra también plantea importantes cuestiones filosóficas y éticas sobre la protección planetaria.

"Si vas a permitir la vida en la superficie marciana, ¿estás seguro de que ya no hay vida allí? Si la hay, ¿cómo podemos abordar eso?", Preguntó Wordsworth. "En el momento en que decidimos comprometernos a tener humanos en Marte, estas preguntas son inevitables".

Fuente: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences,