Desde el espacio usando detectores remotos podemos encontrar, describir y cuantificar muchas superficies de planetas, por ejemplo en la Tierra se utiliza mucho el índice de vegetación para caracterizar la cobertura de vegetación, entre otros índices. El satélite usa técnicas de teledetección que es la observación a distancia de los objetos. El sensor recibe la radiación electromagnética reflejada por la superficie y puede distinguir las zonas verdes a parir de sus firmas espectrales. Por ejemplo una superficie que sea blanca refleja la misma cantidad de radiación en todas las longitudes de onda, pero una hoja verde refleja menos en el rojo y en el azul que en el verde.

El índice de vegetación es una herramienta muy importante y esencial en teledetección, utilizada para evaluar la cantidad, salud y densidad de la vegetación en una área determinada, utilizando imágenes capturadas por satélites. El índice más común es el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), que se calcula a partir de las reflectancias de la radiación en las bandas del rojo visible (r) y del infrarrojo cercano (icr) de un sensor remoto:

Este índice toma valores entre -1 y 1, donde valores cercanos a 1 indican vegetación densa y saludable, valores cercanos a 0 representan áreas sin vegetación (como suelos desnudos o cuerpos de agua), y valores negativos generalmente indican la presencia de nubes, nieve, o agua.

Uso del NDVI en Marte

Aplicar un índice como el NDVI en Marte sería diferente, dado que Marte no tiene vegetación. Sin embargo, la idea de adaptar un índice de vegetación en Marte podría ser relevante para estudiar otras características superficiales que podrían responder a la presencia de diferentes materiales, capas de polvo, o incluso a la detección de signos de actividad biológica, si existieran.

En Marte, sería necesario ajustar o desarrollar un índice nuevo, posiblemente un «Índice de Diferencia Normalizada de Minerales» o algo similar. La idea básica sería la misma: aprovechar diferentes bandas del espectro para contrastar características superficiales que podrían ser indicativas de minerales específicos o procesos geológicos. Los parámetros a utilizar dependerían de la reflectancia de las superficies marcianas en distintas bandas espectrales. Veamos cómo hacerlo de una forma lo más efectiva posible.

Variaciones o adaptaciones para Marte

1. Elección de Bandas Espectrales: En lugar de usar las bandas de rojo visible e infrarrojo cercano, se podría explorar el uso de otras bandas que sean más relevantes para la composición mineral de Marte, como las bandas del infrarrojo medio o lejano.
2. Índice de Hidratación o Deshidratación: Podrían desarrollarse índices para detectar minerales hidratados que sugieran la presencia pasada de agua, un recurso vital para futuras misiones tripuladas.
3. Monitoreo de Cambios Estacionales: En lugar de la vegetación, estos índices podrían monitorear los cambios estacionales de las capas de hielo de dióxido de carbono en los polos o variaciones en la deposición de polvo.

Para adaptar un índice similar al NDVI en Marte, utilizando las bandas espectrales adecuadas, se pueden aprovechar los instrumentos y sensores de las naves y rovers que actualmente operan o han operado en Marte. A continuación, algunos de los sensores más relevantes:

1. CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars)

• Misión: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)
• Capacidades: CRISM es un espectrómetro de imágenes que opera en las bandas del visible al infrarrojo cercano (0.36 – 3.9 micrómetros). Es ideal para identificar minerales específicos en la superficie marciana, como los silicatos, óxidos de hierro y minerales hidratados, que podrían indicar la presencia pasada de agua.
• Uso potencial: Un índice basado en CRISM podría usar la información espectral para distinguir entre diferentes tipos de minerales o identificar zonas donde los minerales se alteran estacionalmente.

2. HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment)

• Misión: Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)
• Capacidades: Aunque es principalmente una cámara óptica de alta resolución, HiRISE también puede captar imágenes en colores que incluyen datos de varias bandas, lo que permite algún análisis de reflectancia, especialmente en comparación con otras capas de datos.
• Uso potencial: Aunque no es un espectrómetro, las imágenes multiespectrales de HiRISE pueden ayudar a realizar estudios detallados de la textura de la superficie y su composición, que podría complementarse con datos de otros sensores.

3. Mastcam-Z

• Misión: Perseverance Rover
• Capacidades: Mastcam-Z es una cámara estéreo con capacidad de hacer imágenes en varias bandas espectrales (del visible al infrarrojo cercano). Permite estudiar la superficie marciana con detalles, diferenciando tipos de rocas y su composición.
• Uso potencial: Mastcam-Z podría ser utilizado para crear un índice que ayude a identificar y monitorizar variaciones en la composición mineral de la superficie en regiones específicas, especialmente en conjunción con datos de otros instrumentos a bordo de Perseverance.

4. SuperCam

• Misión: Perseverance Rover
• Capacidades: SuperCam combina espectroscopia Raman, espectroscopia de fluorescencia inducida por láser (LIBS) y espectroscopia infrarroja, permitiendo una identificación precisa de minerales y compuestos químicos.
• Uso potencial: Aunque es más un instrumento de análisis in situ, SuperCam puede proporcionar datos espectrales detallados de muestras específicas, que pueden correlacionarse con las imágenes tomadas por otros sensores para crear mapas detallados de la composición superficial.

5. OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité)

• Misión: Mars Express
• Capacidades: OMEGA es un espectrómetro visible e infrarrojo que opera entre 0.35 y 5.1 micrómetros, diseñado para mapear la mineralogía y la composición química de la superficie de Marte.
• Uso potencial: OMEGA ya ha sido fundamental en la detección de minerales hidratados y otros compuestos en Marte. Un índice basado en OMEGA podría enfocarse en la distribución de minerales específicos que indican alteraciones pasadas por agua o actividad volcánica.

6. THEMIS (Thermal Emission Imaging System)

• Misión: Mars Odyssey
• Capacidades: THEMIS capta imágenes en el visible y en el infrarrojo térmico, permitiendo mapear la temperatura de la superficie y la emisión térmica, lo que ayuda a identificar materiales diferentes en función de cómo retienen o emiten calor.
• Uso potencial: Un índice derivado de THEMIS podría utilizarse para estudiar las propiedades térmicas de la superficie marciana, diferenciando áreas de materiales sueltos (como arenas) de áreas más rocosas, o identificando variaciones en la emisión térmica que podrían estar relacionadas con minerales específicos.

Vamos a crear un índice específico para Marte, adaptado a las características de la superficie y los minerales presentes, para hacerlo nos podemos basar en una combinación de los sensores mencionados anteriormente. Proponemos el siguiente: «Mars Mineralogical Index (MMI)», un índice que podría aprovechar datos espectrales y térmicos para mapear la mineralogía de Marte, enfocándose en la detección de minerales indicativos de la presencia pasada de agua, actividad volcánica y otros procesos geológicos importantes.

Mars Mineralogical Index (MMI)

Fórmula del MMI:

• R_{CRISM}: Reflectancia en la banda del infrarrojo cercano capturada por CRISM, centrada en una longitud de onda característica para minerales hidratados (por ejemplo, 2.2 micrómetros).
• R_{THEMIS}: Emisión térmica capturada por THEMIS, en la banda infrarroja térmica (aproximadamente 8-12 micrómetros) que ayuda a identificar rocas y su comportamiento térmico.
• R_{OMEGA}: Reflectancia en la banda del infrarrojo medio capturada por OMEGA, relevante para la identificación de minerales como los silicatos y óxidos.
• R_{Mastcam-Z}: Reflectancia capturada por Mastcam-Z en bandas específicas del infrarrojo cercano que pueden ayudar a identificar diferencias en la composición superficial.

Interpretación del MMI:

• Valores altos del MMI podrían indicar regiones con una alta concentración de minerales hidratados, silicatos o áreas con variabilidad térmica que sugiere procesos geológicos activos.
• Valores bajos del MMI podrían señalar zonas con poca alteración mineral o con presencia de minerales no asociados al agua, como los óxidos de hierro.

Posibles Aplicaciones del MMI:

• Detección de Áreas de Interés Geológico: Identificación de zonas con una alta concentración de minerales hidratados que podrían indicar la presencia pasada de agua.
• Monitoreo de Cambios Estacionales: Estudiar variaciones estacionales en la emisión térmica y la composición mineral para detectar cambios geológicos en curso.
• Selección de Sitios para Exploración: Ayudar en la selección de áreas para futuros estudios in situ por rovers o misiones tripuladas, enfocándose en lugares con alta diversidad mineralógica.

Consulta de Datos:

Para acceder a los datos de estos instrumentos y aplicar el MMI o realizar otros análisis, puedemos visitar los siguientes enlaces donde están disponibles los datos en bruto y procesados:

1. CRISM: CRISM Data – Planetary Data System (PDS)
2. HiRISE: HiRISE Data – University of Arizona
3. Mastcam-Z: Mastcam-Z Data – PDS Imaging Node
4. SuperCam: SuperCam Data – PDS Geosciences Node
5. OMEGA: OMEGA Data – ESA Planetary Science Archive
6. THEMIS: THEMIS Data – Arizona State University

Para crear un índice orientado a detectar posibles signos de vegetación o actividad biológica en Marte, se debe adaptar la metodología empleada en la Tierra, considerando las diferencias espectrales y las condiciones ambientales de Marte. Aunque la presencia de vegetación en Marte sigue siendo teórica, un índice podría enfocarse en identificar características superficiales que imiten patrones biológicos, como cambios estacionales en la reflectancia o la detección de compuestos orgánicos. Proponemos el siguiente: Mars Biosignature Reflectance Index (MBRI)

Fórmula del MBRI:

• R_{CRISM-NIR}: Reflectancia en el infrarrojo cercano capturada por CRISM, que puede ser sensible a la presencia de compuestos orgánicos o minerales asociados a procesos biológicos.
• R_{OMEGA-VIS}: Reflectancia en el visible capturada por OMEGA, que puede indicar características superficiales como la presencia de óxidos de hierro.
• R_{Mastcam-Z-NIR}: Reflectancia en bandas del infrarrojo cercano de Mastcam-Z, que podría capturar firmas asociadas con posibles cambios en la superficie que imiten ciclos biológicos.
• R_{SuperCam-Raman}: Datos de espectroscopía Raman de SuperCam, que puede detectar moléculas orgánicas complejas y minerales que pueden ser indicadores de procesos biológicos.

Interpretación del MBRI:

• Valores altos: Pueden sugerir áreas con cambios estacionales o variaciones superficiales que podrían estar relacionadas con la presencia de compuestos orgánicos o con procesos que imitan los patrones biológicos conocidos.
• Valores bajos: Indican la ausencia de características superficiales compatibles con firmas biológicas o presencia de minerales no asociados con procesos biológicos.

Aplicaciones del MBRI:

• Monitoreo de Cambios Estacionales: Detectar variaciones en la superficie marciana que podrían estar relacionadas con ciclos estacionales, posiblemente asociados con procesos biológicos.
• Identificación de Áreas para Estudio Biológico: Ayudar a seleccionar sitios específicos para estudios más detallados de posibles signos de vida pasada o presente, usando instrumentos in situ como SuperCam.
• Exploración de Potenciales Firmas Orgánicas: Identificar regiones que muestren firmas espectrales inusuales que podrían estar relacionadas con la presencia de compuestos orgánicos.

Consulta de Datos:

Los datos necesarios para aplicar este índice están disponibles a través de las siguientes fuentes:

1. CRISM: CRISM Data – Planetary Data System (PDS)
2. Mastcam-Z: Mastcam-Z Data – PDS Imaging Node
3. SuperCam: SuperCam Data – PDS Geosciences Node
4. OMEGA: OMEGA Data – ESA Planetary Science Archive

Estos recursos permiten acceder a imágenes y datos espectrales que podrían usarse para calcular el MBRI, enfocándose en la búsqueda de posibles señales biológicas en la superficie marciana. El MBRI podría proporcionar una herramienta para explorar áreas con características que merecen una investigación más detallada.

Realizaremos búsquedas de datos y utilizando el programa ENVI, os explicaremos en breve los resultados obtenidos, y quien sabe… tal vez encontremos alguna cosa increíble en Marte…