Si bien la nueva evidencia sugiere que Marte puede albergar una pequeña cantidad de agua líquida, hoy existe como un planeta en gran parte frío y árido. Hace tres mil millones de años, sin embargo, la situación puede haber sido muy diferente.
En 2012, el rover Curiosity de Marte transmitió imágenes a la Tierra que contenían algunas de las pruebas más concretas de que el agua una vez fluyó en abundancia en el planeta. Piedras pequeñas, notablemente redondas y suaves sugirieron que un antiguo lecho de río había llevado estas rocas y las había desgastado.mientras viajaban
Para Douglas Jerolmack, geofísico de la Universidad de Pensilvania, y su colaborador Gábor Domokos, matemático de la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest, los hallazgos de Curiosity plantearon una pregunta geológica fundamental: ¿Podemos usar la forma sola para interpretar el historial de transporte del río?guijarros - en Marte, la Tierra o cualquier planeta?
"Hace miles de años, Aristóteles reflexionó sobre la cuestión de los guijarros en la playa y cómo se redondean", dijo Jerolmack. "Pero hasta hace poco, las descripciones de la forma de los guijarros eran cualitativas, y carecíamos de una comprensión básica del proceso de redondeo"."
Ahora eso ha cambiado. En un nuevo informe en Comunicaciones de la naturaleza Jerolmack, Domokos y sus colegas informan el primer método para estimar cuantitativamente la distancia de transporte de los guijarros de un río solo desde su forma. Los investigadores estiman que los guijarros marcianos viajaron aproximadamente 30 millas desde su fuente, proporcionando evidencia adicional para la ideaque Marte alguna vez tuvo un extenso sistema fluvial, condiciones que podrían soportar la vida.
Determinar qué tan lejos han viajado los guijarros también podría ser útil para estudios en la Tierra, por ejemplo, para identificar fuentes de recursos transportados por ríos, como el oro.
Jerolmack, profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente de la Escuela de Artes y Ciencias de Penn y autor principal del artículo, aportó su experiencia en geofísica al estudio, mientras que el coautor Domokos desarrolló los modelos matemáticos en los que el estudioTímea Szabó, la autora principal, trabajó con Domokos como estudiante graduada y luego fue investigadora postdoctoral en el laboratorio de Jerolmack. John P. Grotzinger, del Instituto de Tecnología de California, fue hasta hace poco el científico principal de la misión Curiosity de la NASA ycolaborado en el trabajo.
El desarrollo de una comprensión cuantitativa de las formas de guijarros comenzó con el trabajo de Domokos, cuya investigación fue desencadenada por el descubrimiento del Gömböc, un curioso objeto tridimensional con solo dos puntos de equilibrio estático. A Gömböc da forma a los derechos propios en unSin embargo, la superficie horizontal, al igual que Weeble Wobble, no tiene un peso inferior adicional. La propiedad de auto-enderezado es el resultado de la forma sola, que se determina con una precisión de 0.01 por ciento por sus propiedades mecánicas únicas.
Como el número de puntos de equilibrio estático en un objeto tiende a reducirse durante la abrasión natural, el Gömböc representa el objetivo final de este proceso e ilustra cómo la forma sola puede llevar información vital sobre la historia natural. Domokos pronto se dio cuenta de que el trabajo pionero reciente enlas matemáticas puras, la prueba de la esquiva conjetura de Poincaré, podrían adaptarse para describir la geometría de las estructuras tridimensionales y cómo evolucionan estas formas.
"La forma de un objeto puede decirte mucho", dijo Domokos. "Si vas a la playa, la historia natural está escrita debajo de tus pies. Comenzamos a entender que hay un código que puedes leer para comenzar a entenderlo".esa historia "
Las rocas que fluyen en los ríos evolucionan en forma al ser erosionadas contra otras rocas en el lecho del río, perdiendo masa gradualmente y adquiriendo una forma más suave y redondeada. La teoría geofísica existente vincula el historial de transporte de una piedra con la masa que pierde debido a colisiones con otras piedras.Pero los datos de masa no están disponibles para los guijarros marcianos. Por lo tanto, los investigadores establecieron el ambicioso objetivo de determinar la masa perdida de un guijarro basándose únicamente en su forma actual.
"Cuando aterrizas un rover multimillonario en Marte, quieres obtener la mayor cantidad de información posible de los datos", dijo Jerolmack.
El trabajo de Domokos mostró que, cuando dos partículas de tamaño similar se unen, la forma en que influyen en la forma del otro puede reducirse a un problema puramente geométrico, independientemente del material de la roca o el entorno en el que se mueve.
El equipo de investigación fue al laboratorio para probar esta teoría, enrollando fragmentos de piedra caliza en un tambor y deteniéndose periódicamente para registrar sus cambios de forma y pérdida de masa. El patrón del cambio de forma de las rocas siguió de cerca la curva establecida por la teoría matemática.
Luego, los investigadores fueron a un río de montaña en Puerto Rico.
"Comenzamos en las cabeceras, donde pedazos de roca angular se desprenden de las paredes del arroyo, y fuimos río abajo", dijo Jerolmack. "Cada pocos cientos de metros sacamos miles de rocas y tomamos imágenes de su siluetay registrar su peso "
Al trazar los datos, nuevamente encontraron una tendencia entre la evolución de la forma y la pérdida de masa que estaba de acuerdo con el modelo geométrico que Domokos había desarrollado.
Como confirmación adicional, realizaron un análisis similar en rocas en un abanico aluvial, los depósitos de sedimentos característicos en forma de abanico construidos por los flujos de la corriente, en la boca de un cañón en Nuevo México, un entorno que refleja más de cerca la ubicacióndonde se encontraron guijarros redondos en Marte. Con estos datos, demostraron que pueden inferir la distancia que recorrió un guijarro desde su fuente utilizando solo la silueta del guijarro.
Con los datos de laboratorio y de campo en la mano, recurrieron al extraterrestre. Utilizando imágenes disponibles públicamente de guijarros redondeados en Marte de la misión móvil Curiosity, Szabó trazó sus contornos y realizó un análisis basado en los modelos que el equipo había establecido. Los resultadossugirió que las piedras habían perdido aproximadamente el 20 por ciento de su volumen.
Para traducir esa pérdida de masa en una distancia recorrida, se basaron en los hallazgos de Nuevo México, así como en experimentos de laboratorio previos que involucraron correr rocas de diferentes materiales a través de "ríos" artificiales y medir su pérdida de masa.
Aplicando estos cálculos al material de basalto encontrado en Marte, con una corrección que tuvo en cuenta la gravedad marciana reducida, llegaron al cálculo de que los guijarros habían viajado aproximadamente 50 kilómetros, o aproximadamente 30 millas desde su fuente.bien con lo que Grotzinger y el equipo de Curiosity sospecharon sobre el origen de los guijarros, según otros análisis de la composición de la roca y las pistas sobre la dirección del flujo de agua, que provenían de un borde de cráter ubicado a aproximadamente 30 kilómetros de distancia.
Jerolmack señaló que el estudio no solo es emocionante por lo que implica sobre Marte sino por abrir un nuevo reino de posibilidades para cuantificar lo que antes solo podía describirse cualitativamente.
"Ahora tenemos una nueva herramienta que podemos usar para ayudar a reconstruir entornos antiguos en la Tierra, Marte y otros cuerpos planetarios donde se encuentran ríos como Titán", dijo Jerolmack.
El trabajo también muestra cómo una pieza matemática aparentemente esotérica puede encontrar aplicación en el mundo real.
"Una vez que las matemáticas ingresan al tema, el tema cambia para siempre", dijo Domokos.
La investigación fue apoyada por el Observatorio Luquillo de la Zona Crítica de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Una beca Korányi, la OTKA húngara y el Instituto de Astrobiología de la NASA y la Misión del Laboratorio de Ciencias de Marte.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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