Medições da velocidade do som. Ondas pulsadas propagam-se através de amostras à velocidade do som.
Crédito: Nishida et al.
Experiências cá na Terra com ligas de ferro-enxofre, que se pensa compreenderem o núcleo de Marte, revelam pela primeira vez detalhes sobre as propriedades químicas do planeta. Esta informação será comparada com observações futuras feitas por orbitadores marcianos no futuro próximo. Caso os resultados das experiências coincidam, ou não, com as observações, tal confirmará as teorias existentes sobre a composição de Marte ou colocará em questão a história da sua origem.
Marte é um dos nossos vizinhos terrestres mais próximos, mas ainda está muito longe - entre 55 e 400 milhões de quilómetros, dependendo da posição da Terra e de Marte em relação ao Sol. Aquando da redação deste texto, Marte estava a cerca de 200 milhões de quilómetros e, de qualquer forma, é extremamente difícil, caro e perigoso lá chegar. Por estas razões, às vezes é mais sensato investigar o Planeta Vermelho através de simulações cá na Terra do que enviar uma sonda espacial cara ou, talvez um dia, pessoas.
Keisuke Nishida, na altura deste estudo professor assistente do Departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade de Tóquio, e a sua equipa estão empenhados em investigar o funcionamento interno de Marte. Eles analisam dados sísmicos e da composição que dizem aos investigadores não apenas mais sobre o estado atual do planeta, mas também sobre o seu passado, incluindo as suas origens.
"A exploração dos interiores profundos da Terra, de Marte e de outros planetas é uma das grandes fronteiras da ciência," disse Nishida. "É fascinante em parte por causa das escalas assustadoras envolvidas, mas também por causa de como os investigamos com segurança a partir da superfície da Terra."
Durante muito tempo, teorizou-se que o núcleo de Marte provavelmente consiste de uma liga de ferro-enxofre. Mas, considerando o quão inacessível o núcleo da Terra é para nós, as observações diretas do núcleo de Marte provavelmente terão que esperar algum tempo. É por isso que os detalhes sísmicos são tão importantes, pois as ondas sísmicas, semelhantes às ondas sonoras extremamente poderosas, podem viajar através de um planeta e fornecer um vislumbre do interior, embora com algumas ressalvas.
"O módulo InSight da NASA já está em Marte a recolher leituras sísmicas," disse Nishida. "No entanto, mesmo com os dados sísmicos, havia uma importante informação em falta sem a qual os dados não podiam ser interpretados. Precisávamos de conhecer as propriedades sísmicas da liga ferro-enxofre que se pensa formar o núcleo de Marte."
Nishida e a sua equipa mediram agora a velocidade do que é conhecido como ondas P (um dos dois tipos de ondas sísmicas, o outro sendo ondas S) em ligas de ferro-enxofre fundidas.
"Devido a obstáculos técnicos, foram necessários mais de três anos para que pudéssemos recolher os dados ultrassónicos que precisávamos, por isso estou muito satisfeito por termos os dados agora," disse Nishida. "A amostra é extremamente pequena, o que pode surpreender algumas pessoas, dada a enorme escala do planeta que estamos efetivamente a simular. Mas as experiências de alta pressão em microescala ajudam a explorar estruturas em macroescala e longas histórias evolutivas de planetas."
Uma liga de ferro-enxofre logo acima do seu ponto de fusão de 1500º C e sujeita a 13 gigapascais de pressão tem uma velocidade das ondas P de 4680 metros por segundo; isto é 13 vezes superior à velocidade do som no ar, que é de 343 metros por segundo. Os cientistas usaram um dispositivo chamado multibigorna do tipo Kawai para comprimir a amostra a estas pressões. Usaram feixes de raios-X de duas instalações de sincrotrão, KEK-PF e SPring-8, para ajudá-los a criar imagens das amostras, a fim de calcular os valores das ondas P.
"Com os nossos resultados em mão, os investigadores que leem dados sísmicos marcianos poderão agora dizer se o núcleo é principalmente uma liga de ferro-enxofre ou não," disse Nishida. "Se não for, isso dir-nos-á algo sobre as origens de Marte. Por exemplo, se o núcleo de Marte incluir silício e oxigénio, isso sugere que, tal como a Terra, Marte sofreu um grande evento de impacto durante a sua formação. Então, qual a composição de Marte e como foi formado? Penso que estamos prestes a descobrir."
