EXOMARS ENCONTRA NOVOS SINAIS DE GASES NA ATMOSFERA MARCIANA 31 de julho de 2020
Impressão de artista da sonda ExoMars TGO em Marte.
Crédito: ESA/ATG medialab
A missão ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA detetou novos sinais de gases em Marte. Estes desvendam novos segredos sobre a atmosfera marciana e permitirão uma determinação mais precisa da existência de metano, um gás associado à atividade biológica ou geológica, no planeta.
A sonda TGO (Trace Gas Orbiter) estuda o Planeta Vermelho a partir de órbita há mais de dois anos. A missão tem como objetivo entender a mistura de gases que compõem a atmosfera marciana, com foco especial no mistério que envolve a presença de metano na região.
Enquanto isso, a sonda já detetou sinais nunca antes vistos de ozono (O3) e dióxido de carbono (CO2), com base num ano marciano completo de observações do seu sensível instrumento ACS (Atmospheric Chemistry Suite). As descobertas são relatadas em dois novos artigos publicados na Astronomy & Astrophysics, um liderado por Kevin Olsen, da Universidade de Oxford, Reino Unido, e outro liderado por Alexander Trokhimovskiy, do Instituto de Investigação Espacial da Academia Russa de Ciências, em Moscovo, na Rússia.
"Estas características são intrigantes e surpreendentes," diz Kevin. "Estão na faixa exata do comprimento de onda em que esperávamos ver os sinais mais fortes de metano. Antes desta descoberta, o elemento CO2 era completamente desconhecido, e é a primeira vez que o ozono é identificado em Marte nesta parte da faixa de comprimento de onda infravermelho."
A atmosfera marciana é dominada pelo CO2, que os cientistas observam para medir temperaturas, rastrear estações do ano, explorar a circulação de ar e muito mais. O ozono - que forma uma camada na atmosfera superior em Marte e na Terra - ajuda a manter a química da atmosfera estável. Tanto o CO2 quanto o ozono foram observados em Marte por naves espaciais como a Mars Express da ESA, mas a sensibilidade requintada do instrumento ACS na sonda TGO foi capaz de revelar novos detalhes sobre como estes gases interagem com a luz.
Observar o ozono na faixa em que a TGO procura metano é um resultado totalmente imprevisto. Os cientistas já antes mapearam como o ozono marciano varia com a altitude. Até agora, porém, isto ocorreu em grande parte através de métodos que dependem dos sinais do gás no ultravioleta, uma técnica que só permite a medição em grandes altitudes (mais de 20 km acima da superfície).
Os novos resultados do ACS mostram que é possível mapear o ozono marciano também no infravermelho, por isso, o seu comportamento pode ser investigado em altitudes mais baixas para criar uma visão mais detalhada do papel do ozono no clima do planeta.
Desvendar o mistério do metano
Um dos principais objetivos da TGO é explorar o metano. Até ao momento, os sinais de metano marciano - espionados provisoriamente por missões como a Mars Express da ESA em órbita, e o rover Curiosity da NASA na superfície - são variáveis e um tanto enigmáticos.
Embora também possa ser gerado por processos geológicos, a maior parte do metano na Terra é produzido pela vida, das bactérias ao gado e à atividade humana. Detetar metano noutros planetas é, portanto, extremamente empolgante. Isto é especialmente verdadeiro, considerando que o gás se decompõe em cerca de 400 anos, o que significa que qualquer metano presente deve ter sido produzido ou libertado num passado relativamente recente.
"Descobrir um sinal imprevisto de CO2, onde procuramos metano, é significativo," diz Alexander Trokhimovskiy. "Este sinal não foi tido em consideração antes e, portanto, pode ter desempenhado um papel importante na deteção de pequenas quantidades de metano em Marte."
As observações analisadas por Alexander, Kevin e os seus colegas foram realizadas, principalmente, em momentos diferentes daqueles que apoiam as deteções de metano marciano. Além disso, os dados da TGO não podem explicar grandes plumas de metano, apenas quantidades menores - e, portanto, atualmente não há desacordo direto entre as missões.
"De facto, estamos a trabalhar ativamente na coordenação de medições com outras missões," esclarece Kevin. "Em vez de contestar qualquer reivindicação anterior, esta descoberta é um motivador para todas as equipas olharem mais de perto - quanto mais soubermos, mais precisa e profundamente podemos explorar a atmosfera de Marte."
Perceber o potencial da ExoMars
Além do metano, as descobertas destacam o quanto vamos aprender sobre Marte como resultado do programa ExoMars.
"Essas descobertas permitem-nos construir uma compreensão mais completa do nosso vizinho planetário," acrescenta Alexander. "Ozono e CO2 são importantes na atmosfera de Marte. Ao não contabilizar adequadamente estes gases, corremos o risco de descaracterizar os fenómenos ou propriedades que vemos."
Além disso, a surpreendente descoberta da nova banda de CO2em Marte, nunca antes observada em laboratório, fornece informações interessantes para aqueles que estudam como as moléculas interagem entre si e com a luz - e buscam as impressões digitais químicas exclusivas destas interações no espaço.
"Juntos, estes dois estudos dão um passo significativo no sentido de revelar as verdadeiras características de Marte: em direção a um novo nível de precisão e compreensão," diz Alexander.
Colaboração bem-sucedida na busca pela vida
Como o próprio nome sugere, a TGO tem como objetivo caracterizar quaisquer gases vestigiais na atmosfera de Marte que possam surgir de processos geológicos ou biológicos ativos no planeta e identificar a sua origem.
O programa ExoMars consiste em duas missões: a TGO, lançada em 2016 e que será acompanhada pelo rover Rosalind Franklin e pela plataforma de pouso Kazachok, com previsão de descolagem em 2022. Estes instrumentos levarão instrumentos complementares ao ACS para a superfície marciana, examinando a atmosfera do planeta de uma perspetiva diferente e partilhando o objetivo principal do programa ExoMars: procurar sinais de vida passada ou presente no Planeta Vermelho.
"Estas descobertas são o resultado direto de uma colaboração extremamente bem-sucedida e contínua entre cientistas europeus e russos como parte da missão ExoMars," diz o cientista do projeto TGO da ESA, Håkan Svedhem. "Estabeleceram novos padrões para futuras observações espectrais e ajudar-nos-ão a criar uma imagem mais completa das propriedades atmosféricas de Marte - incluindo onde e quando pode ser encontrado metano, o que permanece uma questão fundamental na exploração de Marte."
"Além disso, estas descobertas levarão a uma análise completa de todos os dados relevantes que recolhemos até ao momento - e a perspetiva de novas descobertas dessa maneira é, como sempre, muito emocionante. Cada informação revelada pela missão ExoMars Trace Gas Orbiter marca o progresso em direção a uma compreensão mais precisa de Marte e coloca-nos um passo mais perto de desvendar os mistérios remanescentes do planeta."
Este gráfico mostra um exemplo das medições obtidas pelo instrumento ACS (Atmospheric Chemistry Suite) da sonda ExoMars TGO da ESA, contendo as assinaturas espectrais do dióxido de carbono (CO2) e do ozono (O3).
O painel de baixo mostra os dados (azul) e um modelo que melhor o corrrespondem (laranja).
O painel de cima modelou as contribuições de uma variedade de diferentes gases para esta gama espectral. As linhas mais profundas vêm do vapor de água (azul claro). A característica mais forte do O3 (verde) está à direita, e as linhas distintas do CO2 (cinzento) aparecem à esquerda. As localizações das características fortes do metano (laranja) também são aqui mostradas nas contribuições modeladas, embora o metano não seja observado nos dados da TGO.
Crédito: K. Olsen et al. (2020)
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
Este gráfico mostra uma nova característica espectral do CO2, nunca antes observada em laboratório, descoberta na atmosfera marciana pelo instrumento ACS (Atmospheric Chemistry Suite) a bordo da sonda TGO da ESA.
O gráfico mostra a totalidade da banda de absorção do dipolo magnético da molécula 16O12C16O (um dos vários "isótopologos" do CO2).
O painel de cima mostra o espectro ACS (a preto) juntamente com a contribuição modelada do CO2 e da H2O (a azul); o modelo é baseado na base de dados HITRAN 2016.
O painel de baixo mostra a diferença entre os dados e o modelo, ou residuais, revelando a estrutura da banda de absorção em detalhe. As posições calculadas das linhas espectrais estão marcadas por setas, em cores diferentes correspondendo a diferentes "ramos" da banda de absorção (o vermelho corresponde ao ramo-P, verde ao ramo-Q e o azul ao ramo-R).
Crédito: A. Trokhimovskiy et al. (2020)
Marte tem aproximadamente metade do tamanho da Terra em termos de diâmetro e uma atmosfera bastante mais fina, com um volume atmosférico inferior a 1% do da Terra. A composição atmosférica também é significativamente diferente: principalmente dióxido de carbono, enquanto a Terra é rica em azoto e oxigénio. A atmosfera evoluiu: evidências à superfície sugerem que Marte já foi muito mais quente e "molhado".
Compreender se a vida já pode ter existido em tais condições é um dos grandes tópicos da exploração de Marte, e também para a missão ExoMars da ESA-Roscosmos. O orbitador TGO é capaz de "cheirar" os traços de gases do planeta - que constituem menos de 1% do volume da atmosfera de um planeta - em quantidades minúsculas. Embora corresponda a uma quantidade muito pequena do inventário atmosférico global, o metano em particular detém pistas da atividade atual do planeta.
Na Terra, os organismos vivos libertam grande parte do metano do planeta. É também o componente principal dos reservatórios do gás hidrocarboneto que ocorrem naturalmente e é também fornecido por atividade vulcânica e hidrotermal. Devido ao papel fundamental que a biologia natural desempenha na produção do metano na Terra, a confirmação da existência do metano em Marte, e a distinção das suas potenciais fontes, é uma das principais prioridades da sonda ExoMars Trace Gas Orbiter.
Os planetas neste gráfico não estão à escala. Os valores atmosféricos de Marte são os medidos pelo rover Curiosity da NASA.
Crédito: ESA
Impressão de artista do rover ExoMars (plano da frente), da plataforma de ciência à superfície (plano de fundo) e do orbitador TGO (topo). Não está à escala.
Crédito: ESA/ATG medialab
