Resumen

El presente informe contiene las soluciones al ejercicio propuesto en la Actividad Guiada II - A de la asignatura “Sistema Solar”. Se ha seleccionado el experimento 8 de la colección de Mars in a Box. El experimento analiza las temperaturas durante el verano y el invierno en el hemisferio boreal de Marte. Los resultados parecen invertidos al principio pero son justificados a través de la excentricidad de la órbita marciana, la distancai del planeta al Sol y su ténue atmósfera.

Introducción

Mars in a box es un proyecto educativo que tiene como objetivo familiarizar a estudiantes con la ciencia fundamental sobre el planeta Marte.

El proyecto recoge un total de 8 experimentos. Todos ellos vienen incluidos en el kit físico. No obstante, todos pueden ser realizados con materiales al alcanze de todos.

Para este informe, se ha seleccionado el experimento VIII, titulado Temperaturas en la superfície de Marte. Dicho experimento incluye el siguiente un código en Python. El código recoge las temperaturas durante un día de verano y un día de invierno en el planeta marciano.

Metodología

El siguiente código es un código ligeramente modificado al original del experimento. Los cambios son fundamentalmente estéticos, tanto a nivel de código como de la gráfica que resulta de su ejecución.

Los resultados de temperatura a lo largo del tiempo fueron simulados considerando una malla esférica. Dicha malla rodea al planeta marciano desde su superfície hasta cierta altitud, tal y como muestra la figura que sigue:

La localización seleccionada en Marte corresponde a una latitud y longitud origen.

import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np


lt_day90 = np.array([0.095020294, 0.59453964, 1.095089, 1.5952148, 2.0952778, 2.5947971, 3.0948582, 3.5954075, 4.0954685, 4.59499, 5.095537, 5.595663, 6.095724, 6.5952454, 7.0953064, 7.595854, 8.095375, 8.595436, 9.095987, 9.596113, 10.095633, 10.595694, 11.095755, 11.596304, 12.095823, 12.595882, 13.096432, 13.596558, 14.096079, 14.59614, 15.096199, 15.59675, 16.09627, 16.59633, 17.096878, 17.597006, 18.096525, 18.596588, 19.096645, 19.597197, 20.096718, 20.596777, 21.097326, 21.597452, 22.096973, 22.597033, 23.097094, 23.597643 ])
temp_day90 =np.array([194.44699, 193.28142, 192.1042, 191.04657, 189.89449, 189.07349, 187.04427, 186.11755, 185.99585, 184.9547, 184.33585, 183.49182, 186.07129, 193.28436, 201.42188, 209.52034, 217.48729, 224.65692, 230.96461, 236.08624, 240.0209, 242.92247, 245.015, 246.36516, 246.95248, 246.73393, 245.89989, 244.50316, 242.36137, 239.43756, 237.9089, 235.60765, 232.22388, 226.4871, 220.34421, 213.84901, 207.37776, 210.18083, 209.33781, 207.09885, 205.93668, 203.13148, 202.39644, 200.88411, 199.574, 197.47536, 196.82799, 195.31184])

lt_day270 =np.array([0.12906075, 0.62828636, 1.1290798, 1.6283054, 2.127594, 2.6278992, 3.1271267, 3.6279202, 4.127144, 4.6263695, 5.127163, 5.6263885, 6.125679, 6.625986, 7.12521, 7.6260033, 8.125229, 8.6244545, 9.12525, 9.624474, 10.123764, 10.624071, 11.123297, 11.62409, 12.123316, 12.6225395, 13.123333, 13.6225605, 14.121849, 14.622156, 15.12138, 15.621096, 16.1214, 16.620626, 17.12142, 17.620647, 18.119936, 18.620245, 19.119467, 19.619183, 20.11949, 20.618715, 21.119509, 21.618732, 22.118025, 22.618332, 23.117556, 23.617271])
temp_day270 = np.array([211.42342, 209.44066, 209.89647, 209.07275, 207.79657, 208.64192, 206.26147, 204.79929, 203.93922, 205.64609, 202.00517, 200.79428, 200.05583, 205.12627, 212.53241, 220.97614, 229.72737, 238.32108, 245.94974, 252.40285, 257.65924, 261.62122, 264.35785, 266.16125, 267.03983, 267.24582, 266.72498, 265.5559, 263.59802, 260.91653, 257.4726, 253.19023, 247.36111, 241.23454, 234.68393, 228.94266, 229.59903, 225.81084, 223.72592, 221.91483, 218.36212, 215.77905, 215.25156, 215.43932, 212.89781, 210.96632, 210.16853, 211.0748])

temp_day90 = temp_day90 - 273.15
temp_day270 = temp_day270 - 273.15

plt.plot(lt_day90, temp_day90, label="Summer (Ls 90)", color="red")
plt.plot(lt_day270, temp_day270, label="Winter (Ls 270)", color="blue")

plt.title("Temperature evolution during Northen summer and winter")
plt.xlabel("Local time [hours]")
plt.ylabel("Temperature [Celsius]")

plt.grid()
plt.legend()
plt.show()

Análisis de los resultados

La gráfica anterior muestra que los veranos son más fríos que los inviernos. La diferencia de las temperaturas a lo largo de un día entre verano e invierno puede llegar a ser de hasta 20 grados celsius.

La figura anterior muestra la órbita de Marte alrededor del Sol.

Veranos fríos Para el caso del verano en el hemisferio boreal, se encuentra la misma situación que la de nuestro planeta. Los rayos del Sol inciden de forma más directa sobre la superfície del hemisferio norte. Sin embargo, para esta época del año marciano, el planeta se encuentra muy cerca de su apohelio. Este punto es el más alejado de la órbita de Marte con respecto al Sol. La eccentricidad de Marte es suficiente para causar que la distancia predomine sobre la dirección de los rayos, convirtiendo los veranos marcianos en veranos fríos.

Inviernos cálidos Por otro lado, durante el invierno boreal, Marte se encuentra en su perihelio. Este punto es el más cercano al Sol. Debido a esta situación, a pesar de que los rayos inciden de forma menos directa, la distancia predomina sobre la oblicuidad de los rayos. Esto resulta en inviernos cálidos.

Causa: la excentricidad de la órbita marciana Es importante recaltar que la situación de Marte es muy similar a la de la Tierra. Sin embargo, la principal diferencia es la excentricidad de la órbita marciana:

La órbita marciana es 9 veces más excéntrica que la terrestre. Considerando la distancia de Marte al Sol y su ténue atmósfera, ésta situación explica los sorprendentes datos obtenidos por la simulación.