Variabilidad en atmósferas planetarias asociada al ciclo de actividad solar: El caso de Marte

Abstract

Este estudio presenta resultados con alta significación estadística sobre la existencia de una relación entre oscilaciones periódicas de un observable de la atmósfera de Marte (vapor de agua) y el índice Pectinton de flujo solar en radio centrado en la banda de 10.7 cm, alrededor del periodo de actividad solar característico de 11 años. Para caracterizar la variabilidad en la atmósfera de Marte, se utilizaron datos recopilados por el instrumento SPICAM de la sonda Mars Express durante un periodo de tiempo que abarca desde el año 2004 hasta el 2018. Se implementó el método de Periodograma de Lomb-Scargle para analizar la relación entre espectros de potencias de las dos señales alrededor del periodo de interés, teniendo como referente de calibración del método, la emergencia del pico asociado con el periodo estacional de Marte. El método se puso a prueba a través del análisis de los espectros de potencias generados sobre datos de abundancias de especies químicas de la atmósfera terrestre. Estos datos fueron obtenidos del modelo empírico NRLMSISE−00 proporcionado por el National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). La ejecución del modelo reprodujo datos de abundancias químicas de diferentes especies atmosféricas, como N2, O2, N, H2, Ar y He, a alturas de 55 y 105 km, en una ventana de tiempo de 1961-2021. La investigación se enfoca en el campo de las ciencias planetarias, que incluye el estudio del clima espacial y las condiciones astrobiológicas en el entorno solar. Este enfoque resalta la importancia de considerar la búsqueda de modelos climatológicos a escala del Sistema Solar, que tomen en cuenta las conexiones y sinergias entre los cambios experimentados por los planetas en respuesta a la variabilidad solar durante el ciclo de actividad de la estrella. Los resultados sugieren la existencia de una relación entre los periodos de variabilidad en la concentración de diferentes especies químicas en las atmósferas de ambos planetas (Tierra y Marte) y las variaciones en el índice de flujo solar característico en radio. Esta relación destaca la importancia de comprender la interacción entre el Sol y los planetas en el sistema solar y cómo estas variaciones pueden influir en sus atmósferas y condiciones climatológicas. Es importante mencionar que aunque nuestros resultados iniciales brindan información valiosa que puede ampliar el campo hacia futuras investigaciones en el marco de la climatología planetaria y la física atmosférica, se requiere de análisis más detallados, contrastados con otras fuentes de datos (de otros orbitadores), que confirmen las relaciones encontradas en la investigación. (Texto tomado de la fuente)

This study presents results with high statistical relevance about the existence of a relationship between periodic oscillations of an observable in the atmosphere of Mars (water vapor) and the Pectinton index of solar flux in radius centered on the 10.7 cm band, around the period of characteristic solar activity of 11 years. To characterize the variability in the atmosphere of Mars, data collected by the SPICAM instrument of the Mars Express probe over a period of time from 2004 to 2018 was used. The Lomb-Scargle Periodogram method was implemented to analyze the relationship between the power spectra of the two signals around the period of interest, taking as a reference for the calibration of the method, the emergence of the peak associated with the seasonal period of Mars. The method was put to the test through the analysis of the power spectra generated from abundance data of chemical species in the Earth’s atmosphere. These data were obtained from the empirical model NRLMSISE−00 provided by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). The execution of the model reproduced data of chemical abundances of different atmospheric species, such as N2, O2, N, H2, Ar and He, at altitudes of 55 and 105 km, in a time window of 1961-2021. Research focuses on the field of planetary sciences, which includes the study of space weather and astrobiological conditions in the solar environment. This approach highlights the importance of considering the search for climate models at the scale of the Solar System, which take into account the connections and synergies between the changes experienced by the planets in response to solar variability during the star’s activity cycle. The results suggest the existence of a relationship between the periods of variability in the concentration of different chemical species in the atmospheres of both planets (Earth and Mars) and the variations in the characteristic solar flux index in radius. This relationship highlights the importance of understanding the interaction between the Sun and the planets in the solar system and how these variations can influence their atmospheres and weather conditions. It is important to mention that although our initial results provide valuable information that can broaden the field towards future research in the framework of planetary climatology and atmospheric physics, more detailed analysis is required, contrasted with other data sources (from other orbiters), that confirm the relationships found in the investigation.