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Fuga de Marte: como a água fugiu do planeta vermelho
Observações anteriores usando MAVEN e o Telescópio Espacial Hubble mostraram que a perda de água da alta atmosfera marciana varia com as estações.
Por Mikayla MacE - 12/11/2020


O conceito deste artista descreve o ambiente marciano primitivo (direita) - que se acredita conter água líquida e uma atmosfera mais densa - versus o ambiente frio e seco visto em Marte hoje (esquerda). Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

Marte já teve oceanos, mas agora está completamente seco, deixando muitos se perguntando como a água foi perdida. Pesquisadores da Universidade do Arizona descobriram uma quantidade surpreendentemente grande de água na alta atmosfera de Marte, onde ela é rapidamente destruída, explicando parte deste mistério marciano.

Shane Stone, um estudante graduado do Laboratório Lunar e Planetário do UArizona e principal autor de um novo artigo publicado hoje na Science , se descreve como um químico planetário. Outrora um químico de laboratório que ajudou a desenvolver polímeros que poderiam ser usados ​​para embrulhar e distribuir drogas terapêuticas com mais eficiência, ele agora estuda a química das atmosferas planetárias.

Desde 2014, ele trabalha na missão NASA MAVEN, abreviatura de Mars Atmosphere e Volatile EvolutioN. A nave MAVEN começou a orbitar Marte em 2014 e tem registrado a composição da atmosfera superior do planeta vizinho da Terra desde então.

"Nós sabemos que bilhões de anos atrás, havia água líquida na superfície de Marte", disse Stone. “Deve ter havido uma atmosfera mais densa, então sabemos que Marte de alguma forma perdeu a maior parte de sua atmosfera para o espaço . O MAVEN está tentando caracterizar os processos responsáveis ​​por essa perda, e uma parte disso é entender exatamente como Marte perdeu sua água. "

Os coautores do estudo incluem Roger Yelle, professor de ciências planetárias do UArizona e consultor de pesquisa de Stone, bem como pesquisadores do Goddard Space Flight Center da NASA e do Centro de Pesquisa e Exploração em Ciência e Tecnologia Espacial em Maryland.

Procurando Água

Enquanto o MAVEN orbita Marte, ele mergulha na atmosfera do planeta a cada 4 horas e meia. O instrumento NGIMS a bordo, abreviação de Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer, tem medido a abundância de moléculas de água carregadas chamadas íons na atmosfera marciana superior, cerca de 160 quilômetros da superfície do planeta. A partir dessas informações, os cientistas podem inferir quanta água está presente na atmosfera.

Observações anteriores usando MAVEN e o Telescópio Espacial Hubble mostraram que a perda de água da alta atmosfera marciana varia com as estações. Comparado com a Terra, Marte segue um caminho mais oval ao redor do Sol e está mais próximo dele durante o verão no hemisfério sul de Marte.
 
Stone e sua equipe descobriram que quando Marte está mais próximo do Sol, o planeta se aquece e mais água - encontrada na superfície na forma de gelo - se move da superfície para a atmosfera superior, onde é perdida no espaço. Isso acontece uma vez a cada ano marciano ou a cada dois anos terrestres. As tempestades de poeira regionais que ocorrem em Marte a cada ano marciano e as tempestades de poeira globais que ocorrem em todo o planeta cerca de uma vez a cada 10 anos levam a um maior aquecimento da atmosfera e um aumento no movimento ascendente da água.

Os processos que tornam este movimento cíclico possível contradizem a imagem clássica do escape de água de Marte, mostrando que é incompleto, disse Stone. De acordo com o processo clássico, o gelo de água é convertido em gás e destruído pelos raios solares na baixa atmosfera. Esse processo, no entanto, seria um gotejamento lento e constante, não afetado pelas estações ou tempestades de poeira, o que não combina com as observações atuais.

"Isso é importante porque não esperávamos ver nenhuma água na alta atmosfera de Marte", disse Stone. "Se compararmos Marte à Terra, a água na Terra está confinada perto da superfície por causa de algo chamado higropausa. É apenas uma camada na atmosfera que é fria o suficiente para condensar (e, portanto, parar) qualquer vapor de água viajando para cima."

A equipe argumenta que a água está passando do que deveria ser a higropausa de Marte, que provavelmente é quente demais para parar o vapor d'água. Uma vez na atmosfera superior, as moléculas de água são quebradas por íons muito rapidamente - em quatro horas, eles calculam - e os subprodutos são perdidos no espaço.

"A perda de sua atmosfera e água para o espaço é a principal razão pela qual Marte é frio e seco em comparação com a Terra quente e úmida. Esses novos dados do MAVEN revelam um processo pelo qual essa perda ainda ocorre hoje", disse Stone.

Um mundo seco e empoeirado

Quando a equipe extrapolou suas descobertas para 1 bilhão de anos atrás, eles descobriram que esse processo pode ser responsável pela perda de um oceano global com cerca de 17 polegadas de profundidade.

"Se pegássemos a água e a espalhássemos uniformemente por toda a superfície de Marte, o oceano de água perdido no espaço devido ao novo processo que descrevemos teria mais de 17 polegadas de profundidade", disse Stone. "Outros 6,7 polegadas seriam perdidos exclusivamente devido aos efeitos das tempestades de poeira globais."

Durante as tempestades de poeira globais, 20 vezes mais água pode ser transportada para a alta atmosfera. Por exemplo, uma tempestade de poeira global com duração de 45 dias libera a mesma quantidade de água para o espaço que Marte perderia durante um ano calmo de Marte, ou 687 dias terrestres.

E embora Stone e sua equipe não possam extrapolar para mais longe do que 1 bilhão de anos, ele acha que esse processo provavelmente não funcionou da mesma forma antes, porque Marte pode ter tido uma higropausa mais forte há muito tempo.

"Antes de o processo que descrevemos começar a operar, deve ter havido uma quantidade significativa de fuga atmosférica para o espaço", disse Stone. "Ainda precisamos definir o impacto desse processo e quando ele começou a operar."

No futuro, Stone gostaria de estudar a atmosfera da lua de Saturno, Titã.

"Titan tem uma atmosfera interessante na qual a química orgânica desempenha um papel significativo", disse Stone. "Como ex-químico orgânico sintético, estou ansioso para investigar esses processos."

 

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