Hubble e MAVEN da NASA ajudam a resolver o mistério da água que escapou de Marte

História de água em Marte

8 de setembro de 2024

 

Marte já foi um planeta muito húmido, como é evidente nas suas características geológicas superficiais. Os cientistas sabem que, nos últimos 3 mil milhões de anos, pelo menos alguma água foi para o subsolo, mas o que aconteceu com o resto? Agora, o Telescópio Espacial Hubble da NASA e as missões Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) estão a ajudar a desvendar esse mistério.

"Há apenas dois lugares onde a água pode ir. Ele pode congelar no solo, ou a molécula de água pode quebrar em átomos, e os átomos podem escapar do topo da atmosfera para o espaço", explicou o líder do estudo, John Clarke, do centro de física espacial da Universidade de Boston, em Massachusetts. "Para entender quanta água havia e o que aconteceu com ela, precisamos entender como os átomos escapam para o espaço."

Clarke e sua equipe combinaram dados do Hubble e do MAVEN para medir o número e a taxa de escape actual dos átomos de hidrogénio que escapam para o espaço. Esta informação permitiu-lhes extrapolar a taxa de fugas ao longo do tempo para compreender a história da água no planeta vermelho.

Hidrogénio que escapa e "hidrogénio pesado"

As moléculas de água na atmosfera marciana são separadas pela luz solar em átomos de hidrogénio e oxigénio. Especificamente, a equipe mediu hidrogénio e deutério, que é um átomo de hidrogénio com um neutrão em seu núcleo. Este neutrão dá ao deutério o dobro da massa de hidrogénio. Como sua massa é maior, o deutério escapa para o espaço muito mais lentamente do que o hidrogénio comum.

Ao longo do tempo, à medida que mais hidrogénio foi perdido do que o deutério, a proporção de deutério para hidrogénio acumulou-se na atmosfera. Medir a proporção hoje dá aos cientistas uma pista sobre a quantidade de água presente durante o período quente e húmido em Marte. Ao estudar como esses átomos escapam actualmente, eles podem entender os processos que determinaram as taxas de escape nos últimos quatro bilhões de anos e, assim, extrapolar ao longo do tempo.

Embora a maioria dos dados no estudo venha da sonda MAVEN, o MAVEN não é sensível o suficiente para ver a emissão de deutério em todas as épocas do ano marciano. Ao contrário da Terra, Marte oscila para longe do sol na sua órbita elíptica durante o longo inverno Marciano, e as emissões de Deutério tornam-se fracas. Clarke e sua equipe precisavam dos dados do Hubble para "preencher os espaços em branco" e completar um ciclo anual por três anos marcianos (cada um dos quais é de 687 dias terrestres). O Hubble também forneceu dados adicionais que remontam a 1991 – antes da chegada do MAVEN a Marte em 2014.

A combinação de dados entre estas missões forneceu a primeira visão holistica dos átomos de hidrogénio que escapam de Marte para o espaço.

Uma atmosfera marciana dinâmica e turbulenta

"Nos últimos anos, os cientistas descobriram que Marte tem um ciclo anual que é muito mais dinâmico do que as pessoas esperavam há 10 ou 15 anos", explicou Clarke. "Toda a atmosfera é muito turbulenta, aquecendo e esfriando em curtos períodos de tempo, mesmo em horas. A atmosfera expande-se e contrai-se à medida que o brilho do sol em Marte varia 40% ao longo de um ano marciano."

A equipe descobriu que as taxas de escape de hidrogénio e deutério mudam rapidamente quando Marte está perto do sol. No quadro clássico que os cientistas tinham anteriormente, pensava-se que estes átomos se difundiam lentamente para cima através da atmosfera até uma altura onde podiam escapar.

Mas essa imagem já não reflecte com precisão toda a história, porque os cientistas sabem agora que as condições atmosféricas mudam muito rapidamente. Quando Marte está perto do sol, as moléculas de água, que são a fonte de hidrogénio e deutério, elevam-se através da atmosfera libertando rapidamente átomos a grandes altitudes.

A segunda constatação é que as alterações no hidrogénio e no deutério são tão rápidas que a fuga atómica requer mais energia para as explicar. À temperatura da atmosfera superior, apenas uma pequena fracção dos átomos tem velocidade suficiente para escapar da gravidade de Marte. Átomos mais rápidos (supertérmicos) são produzidos quando algo dá ao átomo um impulso extra de energia. Esses eventos incluem colisões de protoẽs do vento solar que entram na atmosfera ou a luz solar que impulsiona reacções químicas na atmosfera superior.

Servindo de substituto

Estudar a história da água em Marte é fundamental não só para compreender os planetas do nosso próprio sistema solar, mas também para a evolução dos planetas do tamanho da terra em torno de outras estrelas. Os astrónomos estão a encontrar cada vez mais destes planetas, mas são difíceis de estudar em pormenor. Marte, Terra e Vénus encontram-se dentro ou perto da zona habitável do nosso sistema solar, a região em torno de uma estrela onde a água líquida pode acumular-se num planeta rochoso; no entanto, todos os três planetas têm condições dramaticamente diferentes hoje. Juntamente com os seus planetas irmãos, Marte pode ajudar os cientistas a compreender a natureza de mundos distantes em toda a nossa galáxia.

Sobre as missões

O Telescópio Espacial Hubble opera há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam a nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projecto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, gere as operações do Telescópio e da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, Colorado, também apoia as operações de missão em Goddard. O Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, Maryland, que é operado pela Associação de universidades para pesquisa em astronomia, realiza operações científicas do Hubble para a NASA.

O investigador principal da MAVEN está baseado no laboratório de física atmosférica e espacial (LASP) da Universidade do Colorado Boulder. A LASP é também responsável pela gestão das operações científicas e da divulgação e comunicação públicas. O Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, gere a missão MAVEN. A Lockheed Martin Space construiu a nave espacial e é responsável pelas operações da missão MAVEN em Goddard. O Laboratório de propulsão a jato da NASA, no sul da Califórnia, fornece suporte à navegação e à Rede espacial profunda. A equipa MAVEN prepara-se para celebrar o 10.º ano da sonda em Marte em setembro de 2024.

Fontes

• ((en)) NASA’s Hubble, MAVEN Help Solve the Mystery of Mars’ Escaping Water — NASA, 5 de setembro de 2024