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Datos meteorológicos de Marte con MEDA a bordo de Perseverance (NASA)
Variación diaria y estacional de la presión atmosférica en el cráter Jezero medida por MEDA, y su comparación con REMS en el cráter Gale para separar los fenómenos globales de los efectos locales.
Introducción
Marte es un planeta con una atmósfera extremadamente delgada, pero muy dinámica. Aunque su presión media es unas 140 veces menor que la de la Tierra, los registros meteorológicos muestran variaciones muy marcadas asociadas a las estaciones, a la excentricidad de su órbita y a la inclinación de su eje de rotación.
En un análisis previo se evaluaron estos comportamientos a partir de los datos de presión registrados por el instrumento REMS, a bordo del rover Curiosity, en el cráter Gale. Aquí se amplía el estudio con datos del instrumento MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer), instalado en el rover Perseverance, que opera en una región distinta del planeta: el cráter Jezero, en el hemisferio norte marciano (Figura 1).
El objetivo es estudiar la variación diaria y estacional de la presión atmosférica en Jezero y compararla con los resultados obtenidos en Gale, con el fin de identificar los fenómenos globales y los efectos locales asociados a cada región.
Origen de los datos y localización de las misiones
Los datos proceden del Planetary Data System (PDS) de la NASA. En concreto, se emplearon los productos de mayor nivel de procesamiento del instrumento MEDA (DER, Derived Data), previamente calibrados y corregidos mediante modelos científicos (PDS Atmospheres Node, 2024).
MEDA forma parte del rover Perseverance, que aterrizó en febrero de 2021 en el cráter Jezero (4,5° N, 135,6° E), una antigua cuenca lacustre de gran interés astrobiológico. Por su parte, el rover Curiosity opera desde 2012 en el cráter Gale (4,59° S, 137,44° E), cerca del ecuador marciano y a una cota significativamente inferior a la de Jezero.
El análisis se realizó sobre cuatro soles representativos de las estaciones del hemisferio norte marciano: sol 182 (verano), sol 361 (otoño), sol 504 (invierno) y sol 658 (primavera). Permiten caracterizar la evolución estacional de la presión atmosférica y facilitan la comparación directa con los resultados obtenidos previamente con REMS.
Metodología y procesamiento de los datos
El procesamiento se llevó a cabo en Python, en un entorno reproducible basado en un notebook. De cada archivo DER de MEDA se extrajeron las columnas correspondientes a la hora solar local media (LMST) y a la presión atmosférica superficial.
Dado que MEDA no mide de forma continua durante todo el sol, sino en bloques horarios alternos para optimizar el consumo energético, fue necesario homogeneizar temporalmente las observaciones. Para ello, la hora LMST se convirtió a formato decimal (0–24 h) y los datos se agruparon en ventanas de 5 minutos (≈ 0,083 h). En cada ventana se calculó la presión media y se asignaron valores NaN donde no había mediciones disponibles.
Resultados del análisis con MEDA
Los datos de presión superficial medidos por MEDA en el cráter Jezero muestran una variación diurna sistemática en todas las estaciones analizadas. En tres de los cuatro soles se identifican valores máximos de presión en la mañana temprana (LMST ≈ 7–8 h); en el sol 504 (invierno), el máximo se registra por la noche (LMST ≈ 21,8 h). Los mínimos aparecen en general durante la tarde (LMST ≈ 16–18 h), salvo en el sol 182, cuyo mínimo cae de madrugada (LMST ≈ 3 h).
La Figura 2 muestra la variación diurna de la presión superficial, promediada cada 5 minutos, para los cuatro soles analizados.
La amplitud de la oscilación diaria varía entre estaciones, reflejo de los cambios estacionales en la masa atmosférica total. A modo de síntesis cuantitativa, la Tabla 1 recoge valores característicos de la presión superficial: la presión media diaria, los valores máximo y mínimo y la amplitud diurna asociada.
| Sol | Estación | Presión media (Pa) | Pmáx (Pa) | Hora máx (h) | Pmín (Pa) | Hora mín (h) | Amplitud máx–mín (Pa) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 182 | Verano | 715,69 | 725,53 | 7,29 | 708,51 | 3,04 | 17,02 |
| 361 | Otoño | 653,55 | 676,03 | 7,96 | 632,60 | 17,88 | 43,43 |
| 504 | Invierno | 785,53 | 803,68 | 21,79 | 767,65 | 16,63 | 36,02 |
| 658 | Primavera | 726,65 | 754,67 | 7,71 | 706,71 | 17,21 | 47,96 |
Tabla 1. Parámetros característicos de la presión atmosférica superficial (MEDA).
Comparación entre MEDA (Jezero) y REMS (Gale)
Los patrones observados en los datos de MEDA son plenamente coherentes con los resultados obtenidos previamente a partir de las mediciones de REMS en el cráter Gale. En ambos casos se identifica una oscilación diurna bien definida de la presión, con máximos nocturnos o matutinos y mínimos vespertinos, independientemente de la estación.
La Figura 3 presenta una comparación directa de la presión media diaria medida por MEDA en las cuatro estaciones, que permite identificar similitudes y diferencias estacionales y facilita la comparación con los resultados de REMS.
Tanto los datos de MEDA como los de REMS muestran diferencias estacionales claras en el nivel medio de presión superficial. En el caso de REMS, los valores medios más elevados se registraron durante el verano marciano y los más bajos en la primavera, con el otoño y el invierno en posiciones intermedias. Los datos de MEDA presentan una jerarquía estacional análoga si las estaciones se comparan por longitud solar y no por su nombre en cada hemisferio: Jezero está en el hemisferio norte, de modo que su invierno (máximo, 785,5 Pa) coincide con el verano austral de Gale y su otoño (mínimo, 653,6 Pa), con la primavera austral. Los valores absolutos son distintos, algo esperable por las diferencias de latitud, altitud y localización geográfica entre los cráteres Gale y Jezero (Gómez-Elvira et al., 2012).
La coincidencia en la fase de la variación diurna y en la estructura estacional de la presión medida por ambos instrumentos, pese a sus diferencias instrumentales y regionales, permite inferir que los procesos dominantes que controlan la presión superficial en Marte son de carácter global. En particular, la marea térmica diaria, asociada al calentamiento solar periódico de la atmósfera, genera oscilaciones regulares de presión que se manifiestan de forma consistente en distintas regiones del planeta (Forget et al., 1999; Martínez et al., 2017).
Por otra parte, las diferencias sistemáticas en el nivel medio de presión entre estaciones reflejan el ciclo estacional del dióxido de carbono: durante el invierno, parte del CO₂ atmosférico se condensa en los casquetes polares y reduce la presión superficial, mientras que en verano su sublimación incrementa la presión atmosférica global (Hess et al., 1977; Forget et al., 1999).
La Figura 4 presenta una comparación estacional directa entre Jezero y Gale, superponiendo las variaciones diurnas de la presión para estaciones equivalentes en ambos hemisferios. Esta representación permite identificar con claridad tanto las similitudes globales como las diferencias regionales entre ambas localizaciones.
Conclusión
La comparación estacional de la presión superficial medida por MEDA en el cráter Jezero y por REMS en el cráter Gale revela una dinámica atmosférica marciana dominada por la superposición de procesos globales y locales. En todas las estaciones analizadas se observa una oscilación diurna bien definida, con máximos de presión durante la noche o las primeras horas de la mañana y mínimos durante la tarde, lo que confirma el papel dominante de la marea térmica diurna inducida por el forzamiento solar.
A escala estacional, las diferencias en el nivel medio de presión reflejan el impacto de la elevada excentricidad orbital de Marte (≈ 0,093) y de la inclinación de su eje de rotación (~25°). Durante el verano del hemisferio sur, la sublimación del CO₂ almacenado en los casquetes polares incrementa la masa atmosférica total y eleva la presión superficial a escala planetaria; en invierno ocurre el proceso inverso, con la deposición de CO₂ y una reducción de la presión global. Estos efectos se observan de manera consistente tanto en Jezero como en Gale.
Las diferencias absolutas de presión entre ambas localizaciones se explican principalmente por efectos regionales. El cráter Gale se encuentra a una altitud significativamente menor que Jezero, lo que conlleva presiones sistemáticamente más elevadas por el mayor peso de la columna atmosférica. Además, la topografía local y los contrastes térmicos regionales influyen en la amplitud de las oscilaciones diurnas.
En conjunto, los resultados muestran que la presión superficial en Marte está controlada por mecanismos físicos robustos y bien definidos: los procesos globales determinan la evolución estacional del nivel medio de presión, mientras que los efectos locales modulan los valores absolutos medidos en cada región. La consistencia entre MEDA y REMS refuerza la comprensión integrada del clima marciano actual y demuestra el valor científico de combinar observaciones meteorológicas de distintas misiones y localizaciones del planeta.
Disponibilidad de datos y código
Todos los datos utilizados en este estudio se obtuvieron del Planetary Data System (PDS) de la NASA. El código en Python utilizado para la limpieza, el promediado y la representación gráfica de la presión atmosférica está disponible en github.com/maildovale/Analisis-Atmosfera-Marte-MEDA.
Herramientas: Python 3, Pandas y Matplotlib.
Referencias
- Forget, F., et al. (1999). Improved general circulation models of the Martian atmosphere from the surface to above 80 km. Journal of Geophysical Research, 104(E10), 24155–24176.
- Gómez-Elvira, J., et al. (2012). REMS: The Rover Environmental Monitoring Station for Mars Science Laboratory. Space Science Reviews, 170, 583–640.
- Hess, S. L., Ryan, J. A., Tillman, J. E., Henry, R. M., & Leovy, C. B. (1977). The annual cycle of pressure on Mars measured by Viking landers 1 and 2. Geophysical Research Letters, 4(4), 141–144.
- Martínez, G. M., et al. (2017). The modern near-surface Martian climate: A review of in-situ meteorological data from Viking to Curiosity. Space Science Reviews, 212, 295–338.
- NASA (2024). Map of NASA’s Mars landing sites. NASA Science.
- PDS Atmospheres Node (2024). Mars 2020 MEDA Derived Data Product Documentation. NASA Planetary Data System.