Os cientistas efetuaram as medições mais precisas de sempre da rotação de Marte, detetando, pela primeira vez, a forma como o planeta oscila devido ao movimento do seu núcleo de metal fundido. As descobertas, detalhadas num artigo recente da revista Nature, baseiam-se em dados do módulo de aterragem InSight da NASA, que operou durante quatro anos antes de ficar sem energia na sua missão prolongada em dezembro de 2022.

Para rastrear a rotação do planeta, os autores do estudo contaram com um dos instrumentos do InSight: um transponder de rádio e antenas coletivamente chamado de RISE (Rotation and Interior Structure Experiment). Descobriram que a rotação do planeta está a acelerar cerca de 4 milésimos de segundo por ano - o que corresponde a uma diminuição da duração do dia marciano por uma fração de milésimo de segundo por ano.

É uma aceleração subtil e os cientistas não têm a certeza absoluta da causa. Mas têm algumas ideias, incluindo a acumulação de gelo nas calotes polares ou o ressurgimento pós-glacial, em que as massas de terra sobem depois de terem sido enterradas pelo gelo. A mudança na massa de um planeta pode fazer com que este acelere um pouco como um patinador no gelo a girar com os braços esticados e depois a puxar os braços para dentro.

"É muito interessante poder obter esta última medição - e com tanta precisão", disse o investigador principal do InSight, Bruce Banerdt, do JPL da NASA, no sul da Califórnia. "Há muito tempo que estou envolvido nos esforços para colocar uma estação geofísica como o InSight em Marte, e resultados como este fazem com que todas estas décadas de trabalho valham a pena."

Este conceito artístico anotado do módulo de aterragem InSight da NASA em Marte destaca as antenas no convés do "lander". Juntamente com um transponder de rádio, estas antenas constituem um instrumento chamado RISE (Rotation and Interior Structure Experiment). Crédito: NASA/JPL-Caltech

Como funciona o RISE

O RISE faz parte de uma longa tradição de "landers" marcianos que utilizam ondas de rádio para fins científicos, incluindo as sondas gémeas Viking na década de 1970 e a Pathfinder no final da década de 1990. Mas nenhuma dessas missões tinha a vantagem da tecnologia de rádio avançada do InSight e das atualizações das antenas da DSN (Deep Space Network) da NASA na Terra. Em conjunto, estas melhorias forneceram dados cerca de cinco vezes mais precisos do que os que estavam disponíveis para os módulos Viking.

No caso do InSight, os cientistas enviavam um sinal de rádio para o módulo de aterragem utilizando a DSN. O RISE refletia então o sinal de volta. Quando os cientistas recebiam o sinal refletido, procuravam pequenas alterações na frequência causadas pelo efeito Doppler (o mesmo efeito que faz com que a sirene de uma ambulância mude de tom à medida que se aproxima e depois se afasta). A medição do desvio permitiu aos investigadores determinar a velocidade de rotação do planeta.

"O que procuramos são variações que correspondem a apenas algumas dezenas de centímetros ao longo de um ano marciano", disse o autor principal do artigo e investigador principal do RISE, Sebastien Le Maistre do Observatório Real da Bélgica. "É preciso muito tempo e acumular uma grande quantidade de dados antes de podermos ver estas variações".

O artigo examinou os dados dos primeiros 900 dias do InSight em Marte - tempo suficiente para procurar essas variações. Os cientistas tiveram muito trabalho para eliminar as fontes de ruído: a água torna os sinais de rádio mais lentos, pelo que a humidade na atmosfera terrestre pode distorcer o sinal que chega de Marte. O mesmo acontece com o vento solar, os eletrões e protões lançados do Sol para o espaço profundo.

"É uma experiência histórica", disse Le Maistre. "Gastámos muito tempo e energia a preparar a experiência e a antecipar estas descobertas. Mas, apesar disso, ainda fomos surpreendidos ao longo do caminho - e ainda não acabou, uma vez que o RISE ainda tem muito a revelar sobre Marte."

Medições do núcleo marciano

Os dados do RISE foram também utilizados pelos autores do estudo para medir a oscilação de Marte - a chamada nutação - devido ao movimento do seu núcleo líquido. A medição permite aos cientistas determinar o tamanho do núcleo: com base nos dados do RISE, o núcleo tem um raio de cerca de 1835 quilómetros.

Os autores compararam então esse valor com duas medições anteriores do núcleo, obtidas a partir do sismómetro do mesmo módulo de aterragem. Especificamente, analisaram a forma como as ondas sísmicas viajavam pelo interior do planeta - se se refletiam no núcleo ou se o atravessavam sem impedimentos.

Tendo em conta as três medições, estimam que o raio do núcleo tenha um tamanho entre 1790 e 1850 quilómetros. Marte como um todo tem um raio de 3390 quilómetros - cerca de metade do tamanho da Terra.

A medição da oscilação de Marte também forneceu pormenores sobre a forma do núcleo.

"Os dados do RISE indicam que a forma do núcleo não pode ser explicada apenas pela sua rotação", disse o segundo autor do artigo, Attilio Rivoldini do Observatório Real da Bélgica. "Essa forma requer regiões de densidade ligeiramente superior ou inferior enterradas nas profundezas do manto".

Embora os cientistas continuem a explorar os dados do InSight durante anos, este estudo marca o capítulo final do papel de Banerdt como investigador principal da missão. Após 46 anos no JPL, reformou-se no dia 1 de agosto.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (PDF)

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