Un nuevo modelo de transferencia radiativa en Marteaplicaciones utilizando medidas in situ

  1. Alvaro Vicente Retortillo
Supervised by:
  1. Francisco Valero Rodríguez Director
  2. Germán Martínez Martínez Director
  3. Luis Vázquez Martínez Director

Defence university: Universidad Complutense de Madrid

Year of defence: 2017

Committee:
  1. Elisa de Castro Rubio Chair
  2. Gonzalo Barderas Secretary
  3. Fernando López Martínez Committee member
  4. Francesca Espósito Committee member
  5. José Antonio Rodríguez Manfredi Committee member
Department:
  1. Física de la Tierra y Astrofísica

Type: Thesis

Abstract

El estudio del entorno radiativo en la superficie marciana es fundamental para la comprensión y para una mejor caracterización de los procesos físicos de la atmósfera y el clima del planeta, así como para determinar el impacto biológico de la radiación ultravioleta. Estos dos objetivos son prioritarios en las misiones actuales y futuras a Marte debido a sus implicaciones en la preparación para la exploración humana del planeta. Las simulaciones precisas de la radiación solar en la superficie marciana requieren modelos de transferencia radiativa detallados y validados, así como un conocimiento exacto de las propiedades radiativas de los componentes atmosféricos, entre los que el polvo en suspensión es particularmente importante. La combinación de los resultados de los modelos y de las medidas de radiación solar desde la superficie marciana permiten la obtención de las propiedades del polvo en suspensión. El sensor de radiación ultravioleta (UVS) de REMS (Rover Environmental Monitoring Station), a bordo de la misión MSL (Mars Science Laboratory) ha estado midiendo la radiación solar en superficie por primera vez en seis bandas entre 200 y 380 nm. El rango espectral de este sensor se verá ampliado en misiones futuras, tales como MetNet, que contará con un Sensor de Irradiancia Solar (MetSIS). Otras misiones futuras, tales como ExoMars 2020 y Mars 2020, también contarán con un RDS (Radiation and Dust Sensor). En el presente trabajo de investigación se ha desarrollado un nuevo y detallado modelo de transferencia radiativa con propiedades radiativas espectrales actualizadas del polvo, del hielo y de las moléculas de gas presentes en la atmósfera de Marte. Se han desarrollado tres versiones del modelo: la primera (COMIMART) sigue la aproximación delta-Eddington, y las dos restantes (COMIMART-MCF y COMIMART-MCR) se basan en el método de Monte Carlo, estando la última optimizada para el cálculo de radiancias. Los resultados del modelo se han utilizado para caracterizar el entorno radiativo en la superficie de Marte, para estudiar el efecto de la radiación solar en las variables meteorológicas, para estudiar el impacto biológico de la radiación ultravioleta en superficie, y han sido proporcionados para estudiar la correlación entre la radiación ultravioleta y las concentraciones de metano. Asimismo, se han desarrollado técnicas para obtener la opacidad y el tamaño de las partículas de polvo en suspensión a partir de medidas de radiación solar en la superficie de Marte. Algunas de estas técnicas se han aplicado para la estimación de la opacidad y para la determinación del tamaño de las partículas de polvo a partir de las medidas de radiación ultravioleta de REMS. Se han proporcionado métodos adicionales para obtener la opacidad de la atmósfera y para estimar el tamaño de las partículas de polvo en suspensión a partir de las medidas de MetSIS. Finalmente, se ha determinado por primera vez la variabilidad estacional e interanual del tamaño de las partículas de polvo en suspensión en el cráter Gale. El tamaño de las partículas de polvo en suspensión varía con la época del año: los radios efectivos de la distribución de tamaños de las partículas oscilan aproximadamente entre 0.6 micras durante la época de baja opacidad y 2 micras en torno a los eventos de alta opacidad durante la estación con alto contenido en polvo. A pesar de que los ciclos estacionales durante los dos primeros años de la misión son similares, existe variabilidad interanual. Estos resultados son importantes en varios contextos debido a sus implicaciones en el entorno de radiación ultravioleta en superficie, en el transporte atmosférico de los aerosoles y en las tasas de calentamiento atmosféricas, que a su vez afectan a los campos térmicos y dinámicos de la atmósfera. Más aún, se espera que la técnica desarrollada para esta investigación sea útil para analizar futuras medidas de radiación solar llevadas a cabo por ExoMars 2020 y por Mars 2020.