MARS EXPRESS CORROBORA PICO DE METANO MEDIDO PELO CURIOSITY 5 de abril de 2019
Impressão de artista da Mars Express. O fundo é baseado numa imagem real de Marte obtida pela câmara de alta resolução da nave.
Crédito: sonda - ESA/ATG medialab; Marte: ESA/DLR/FU Berlin
Uma reanálise de dados recolhidos pela sonda Mars Express da ESA durante os primeiros 20 meses da missão Curiosity da NASA encontrou um caso de deteção de metano correlacionada, a primeira vez que uma medição "in situ" foi confirmada, independentemente, a partir de órbita.
Relatos de metano na atmosfera marciana têm sido intensamente debatidos, com a contribuição da Mars Express com uma das primeiras medições a partir de órbita, em 2004, logo após a sua chegada ao Planeta Vermelho.
A molécula atrai tanta atenção porque na Terra o metano é gerado por organismos vivos, assim como processos geológicos. Como pode ser destruído rapidamente pelos processos atmosféricos, qualquer deteção da molécula na atmosfera marciana significa que esta deve ter sido libertada há relativamente pouco tempo - mesmo que o metano tenha sido produzido há milhões ou milhares de milhões de anos e estivesse preso em reservatórios subterrâneos até agora.
Embora as observações espaciais e telescópicas a partir da Terra tenham, em geral, relatado nenhuma ou muito baixa deteção de metano, ou medições no limite das capacidades dos instrumentos, um punhado de picos falaciosos, juntamente com a variação sazonal reportada pelo Curiosity na sua localização na Cratera Gale, levantam a excitante questão de como este está a ser gerado e destruído nos tempos atuais.
Agora, pela primeira vez, um sinal forte medido pelo rover Curiosity no dia 15 de junho de 2013 é apoiado por uma observação independente do Espectrómetro Planetário de Fourier (PFS) a bordo da Mars Express, no dia seguinte, quando a aeronave voou sobre a Cratera Gale.
O estudo explorou uma nova técnica de observação, permitindo a recolha de várias centenas de medições numa área durante um curto período. As equipas também desenvolveram uma técnica de análise refinada para obter o melhor dos seus dados.
"Em geral, não detetámos nenhum metano, além de uma deteção definitiva de cerca de 15 partes por mil milhões em volume de metano na atmosfera, o que acabou por ser um dia depois da missão Curiosity reportar um pico de cerca de seis partes por mil milhões," diz Marco Giuranna, do Instituto de Astrofísica Espacial e Planetologia, em Roma, Itália, o principal investigador da experiência PFS, e principal autor do artigo, relatando os resultados na Nature Geoscience.
"Embora partes por milhar de milhão, em geral, signifiquem uma quantidade relativamente pequena, é bastante notável para Marte – a nossa medição corresponde a uma média de cerca de 46 toneladas de metano que estavam presentes na área de 49.000 quilómetros quadrados observados a partir da nossa órbita."
Dez outras observações no período de estudo da Mars Express que relataram nenhuma deteção no limite da sensibilidade do espectrómetro corresponderam a um período de baixas medições relatadas pela Curiosity.
Identificação da fonte
Na época da deteção do Curiosity, especulou-se que o metano teve origem a norte do rover, porque os ventos prevalentes estavam para sul, e que a libertação ocorreu, provavelmente, dentro da cratera.
"Os nossos novos dados da Mars Express, obtidos um dia depois do registo do Curiosity, mudam a interpretação de onde o metano é originário, especialmente quando se considera padrões de circulação atmosférica global junto com a geologia local," acrescenta Marco. "Com base nas evidências geológicas e na quantidade de metano que medimos, achamos que a fonte provavelmente não está localizada dentro da cratera."
Marco e os seus colegas fizeram duas análises independentes para se concentrarem em possíveis regiões de origem do metano, dividindo uma ampla região em redor da Cratera Gale em redes de cerca de 250 por 250 quilómetros quadrados.
Num estudo, colaboradores do Instituto Real Belga para a Aeronáutica Espacial, em Bruxelas, aplicaram simulações de computador para criar um milhão de cenários de emissão para cada quadrado, a fim de prever a probabilidade de emissão de metano para cada um desses locais. As simulações levaram em consideração os dados medidos, os padrões esperados de circulação atmosférica e a intensidade e duração da libertação de metano com base no fenómeno geológico de "infiltração de gás".
Noutro estudo paralelo, geólogos do Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia de Roma, Itália e do Instituto de Ciências Planetárias em Tucson, Arizona, examinaram a região em redor da Cratera Gale em busca de características onde as infiltrações de gás são expectáveis - esses são os tipos de características que podem estar associadas à libertação de metano.
Este processo é bem conhecido na Terra por ocorrer ao longo de falhas tectónicas e de campos de gás natural, com uma variedade de intensidades de libertação. Por exemplo, na Terra, a emissão de gases dos vulcões de lava ativa é tipicamente contínua com variações de fundo, mas também com erupções fortes repentinas, enquanto outras infiltrações podem libertar gás intermitentemente. A libertação episódica de gás, isto é, em geral de longa duração, sem emissão entre erupções de curta duração, é típica da expulsão de gás de infiltrações pequenas ou "moribundas" ou devido a eventos sísmicos. Em Marte, expulsões episódicas de gás também poderiam ser criadas durante um impacto de um meteorito, libertando o gás preso abaixo da superfície.
"Identificámos falhas tectónicas que podem estender-se abaixo de uma região proposta para conter gelo superficial. Como o gelo permanente do subsolo é uma excelente vedação para o metano, é possível que o gelo aqui possa capturar metano subsuperficial e libertá-lo episodicamente ao longo das falhas que quebram esse gelo," diz o coautor Giuseppe Etiope, do Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia de Roma.
"Notavelmente, vimos que a simulação atmosférica e a avaliação geológica, realizadas independentemente uma da outra, sugeriram a mesma região de proveniência do metano."
"Os nossos resultados apoiam a ideia de que a libertação de metano em Marte pode ser caracterizada por eventos geológicos pequenos e transitórios, em vez de uma presença global constantemente reabastecedora, mas também precisamos entender melhor como o metano é removido da atmosfera e como reconciliar os dados da Mars Express com resultados de outras missões," acrescenta o coautor Frank Daerden, do Instituto Real Belga para a Aeronáutica Espacial, em Bruxelas.
"Vamos reanalisar mais dados recolhidos pelo nosso instrumento no passado, enquanto prosseguimos com os nossos esforços contínuos de monitorização, incluindo a coordenação de algumas observações com o ExoMars Trace Gas Orbiter," conclui Marco.
O ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter, projetado para fazer o inventário mais detalhado da atmosfera marciana, iniciou as suas observações científicas em abril de 2018.
"A Mars Express foi a primeira a relatar uma deteção significativa de metano em Marte a partir de órbita e, quinze anos depois, podemos anunciar a primeira deteção simultânea e co-localizada de metano com um rover na superfície," diz Dmitri Titov, Cientista do Projeto Mars Express da ESA.
"Com a nave espacial e a sua carga útil ainda operacionais, a Mars Express é uma das missões espaciais mais bem-sucedidas a serem enviadas ao vizinho planetário da Terra. Esperamos uma ciência mais empolgante a partir dos esforços conjuntos de ambas as sondas da ESA em Marte."
Dados recolhidos pelo Espectrómetro Planetário de Fourier a bordo da Mars Express da ESA durante os primeiros 20 meses da missão do rover Curiosity da NASA encontraram um caso de deteção de metano correlacionada, a primeira vez que uma medição "in-situ" foi confirmada, independentemente, a partir de órbita. Dez outras observações no período de estudo da Mars Express que relataram nenhuma deteção no limite da sensibilidade do espectrómetro corresponderam a um período de baixas medições relatadas pela Curiosity.
Os detalhes do pico de metano estão ilustrados neste gráfico - a deteção da Mars Express foi feita um dia após a leitura elevada registada pelo Curiosity, que está a explorar a Cratera Gale, a sul do equador marciano. Em conjunto, os dois resultados podem ser usados para examinar a possível região de origem do metano.
Foram feitas duas análises independentes, examinando uma ampla região em redor da Cratera Gale. A região foi dividida em redes de cerca de 250 por 250 quilómetros quadrados e, num estudo, usaram simulações de computador para prever a probabilidade de emissão de metano para cada um desses locais (indicada pelos números em cada quadrado). As simulações levaram em consideração os dados medidos, os padrões esperados de circulação atmosférica e a intensidade e duração da libertação de metano com base no fenómeno geológico de "infiltração de gás". Noutro estudo paralelo, geólogos examinaram a região em busca de características onde as infiltrações de gás são expectáveis - esses são os tipos de características que podem estar associadas à libertação de metano.
A análise geológica aponta para uma das regiões que as simulações de computador previram como sendo a região mais provável para a libertação de metano. Pensa-se que a área marcada pelo pontos negros contenha gelo superficial, que captura facilmente metano subsuperficial, e pensa-se que as falhas tectónicas na zona entre esta região e a Cratera Gale se estendam abaixo da superfície e quebrem esse gelo, levando à libertação episódica do metano.
Crédito: ESA/Giuranna et al. (2019)
A questão de como o metano é criado e destruído em Marte é importante para entender as várias deteções e não-deteções de metano em Marte, com diferenças tanto no tempo quanto na localização. Embora represente uma quantidade muito pequena do inventário atmosférico geral, o metano, em particular, contém pistas importantes para o atual estado de atividade do planeta.
Este gráfico descreve algumas das maneiras possíveis de o metano ser adicionado ou removido da atmosfera.
Uma possibilidade interessante é que o metano é gerado por micróbios. Se enterrado abaixo do solo, este gás pode ser armazenado em formações de gelo estruturadas conhecidas como clatratos e libertado para a atmosfera muito tempo depois.
O metano também pode ser gerado por reações entre o dióxido de carbono e o hidrogénio (que, por sua vez, pode ser produzido pela reação da água e rochas ricas em olivina), por desgaseificação magmática profunda ou por degradação térmica de matéria orgânica antiga. Novamente, pode estar armazenado no subsolo e ser libertado através de fissuras à superfície. O metano também pode ficar preso em bolsas de gelo superficial, conhecidas como pergelissolo sazonal.
A radiação ultravioleta pode tanto gerar metano - através de reações com outras moléculas ou material orgânico já à superfície, como poeira cometária que cai sobre Marte - como quebrá-lo. As reações ultravioletas na atmosfera superior (acima dos 60 km) e as reações de oxidação na atmosfera mais baixa (abaixo dos 60 km) atuam para transformar o metano em dióxido de carbono, hidrogénio e vapor de água, e levam a uma vida útil da molécula de aproximadamente 300 anos.
O metano também pode ser rapidamente distribuído em redor do planeta pela circulação atmosférica, diluindo o seu sinal e dificultando a identificação de fontes individuais. Dada a vida útil da molécula ao considerar os processos atmosféricos, quaisquer deteções atuais indicam que foi libertada há relativamente pouco tempo.
Mas também foram propostos outros métodos de criação e destruição que explicam deteções mais localizadas e também permitem uma remoção mais rápida do metano na atmosfera, mais perto da superfície do planeta. A poeira é abundante na atmosfera abaixo dos 10 km e pode desempenhar um papel, juntamente com interações diretamente com a superfície. Por exemplo, uma ideia é que o metano se difunde ou se "infiltra" através da superfície em regiões localizadas, e é absorvido de volta para o rególito da superfície. Outra ideia é que fortes ventos que levam à erosão da superfície do planeta permitem que o metano reaja rapidamente com os grãos de poeira, removendo a assinatura do metano. As tempestades sazonais de poeira e os "diabos marcianos" também pode acelerar este processo.
A exploração continuada em Marte - a partir de órbita e à superfície - juntamente com experiências laboratoriais e simulações, vai ajudar os cientistas a melhor entender os diferentes processos envolvidos na produção e destruição do metano.
Crédito: ESA
