ExoMars descobre novo gás e rastreia perda de água em Marte

O sal marinho incorporado na superfície empoeirada de Marte e elevado à atmosfera do planeta levou à descoberta de cloreto de hidrogénio – a primeira vez que a ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter detetou um novo gás. A aeronave está também a fornecer novas informações sobre como Marte está a perder água.

Uma das principais buscas na exploração de Marte é a procura de gases atmosféricos ligados à atividade biológica ou geológica, bem como a compreensão do inventário de água passado e presente do planeta, para determinar se Marte poderia ter sido habitável e se algum reservatório de água poderia ser acessível para exploração humana futura. Dois novos resultados da equipa ExoMars, publicados hoje na Science Advances, revelam uma classe química inteiramente nova e fornecem mais informações sobre as mudanças sazonais e as interações superfície-atmosfera como forças motrizes por trás das novas observações.

Uma nova química

“Descobrimos, pela primeira vez, o cloreto de hidrogénio em Marte. Esta é a primeira deteção de um gás halogénio na atmosfera de Marte e representa um novo ciclo químico a ser entendido,” disse Kevin Olsen, da Universidade de Oxford, no Reino Unido, um dos principais cientistas da descoberta.

O gás cloreto de hidrogénio, ou HCl, compreende um átomo de hidrogénio e cloro. Os cientistas de Marte estavam sempre à procura de gases à base de cloro ou enxofre porque são possíveis indicadores de atividade vulcânica. Mas a natureza das observações do cloreto de hidrogénio – o fato de ter sido detetado em locais muito distantes ao mesmo tempo, e a falta de outros gases que seriam esperados da atividade vulcânica – aponta para uma fonte diferente. Ou seja, a descoberta sugere uma interação superfície-atmosfera inteiramente nova impulsionada pelas estações de poeira em Marte que não haviam sido exploradas anteriormente.

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Descoberta de novos gases em Marte
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Num processo muito semelhante ao observado na Terra, sais na forma de cloreto de sódio – remanescentes de oceanos evaporados e incrustados na superfície empoeirada de Marte – são elevados à atmosfera pelos ventos. A luz solar aquece a atmosfera fazendo com que a poeira, juntamente com o vapor de água libertado pelas calotas polares, suba. A poeira salgada reage com a água atmosférica para libertar cloro, que então reage com moléculas que contêm hidrogénio para criar cloreto de hidrogénio. Outras reações podem fazer com que a poeira rica em cloro ou ácido clorídrico volte à superfície, talvez como percloratos, uma classe de sal feita de oxigénio e cloro.

“É preciso vapor de água para libertar o cloro e dos subprodutos da água – o hidrogénio – para formar o cloreto de hidrogénio. A água é crítica nesta química,” diz Kevin. “Também observámos uma correlação com a poeira: vemos mais cloreto de hidrogénio quando a atividade da poeira aumenta, um processo ligado ao aquecimento sazonal do hemisfério sul.”

Como o cloreto de hidrogénio pode ser criado em Marte
Como o cloreto de hidrogénio pode ser criado em Marte

A equipa detetou o gás, pela primeira vez, durante a tempestade de poeira global em 2018, observando-o aparecer simultaneamente nos hemisférios norte e sul, e testemunhou o seu desaparecimento, surpreendentemente rápido, novamente no final do período sazonal de poeira. Já estão a analisar os dados coletados durante a temporada de poeira subsequente e veem o HCl a subir novamente.

“É incrivelmente gratificante ver os nossos instrumentos sensíveis a detetar um gás nunca antes visto na atmosfera de Marte,” disse Oleg Korablev, principal investigador do instrumento Atmospheric Chemistry Suite que fez a descoberta. “A nossa análise liga a geração e o declínio do gás cloreto de hidrogénio à superfície de Marte.”

Serão necessários extensos testes de laboratório e novas simulações atmosféricas globais para entender melhor a interação superfície-atmosfera baseada em cloro, juntamente com observações contínuas em Marte para confirmar que a ascensão e queda de HCl são impulsionadas pelo verão do hemisfério sul.

“A descoberta do primeiro novo gás vestigial na atmosfera de Marte é um marco importante para a missão Trace Gas Orbiter,” disse Håkan Svedhem, cientista do projeto ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA. “Esta é a primeira nova classe de gás descoberta desde a alegada observação do metano pela Mars Express da ESA em 2004, o que motivou a busca por outras moléculas orgânicas e culminou no desenvolvimento da missão Trace Gas Orbiter, para a qual a deteção de novos gases é um objetivo principal.”

O aumento do vapor de água contém pistas sobre a evolução do clima

Além de novos gases, a Trace Gas Orbiter está a refinar a nossa compreensão de como Marte perdeu a sua água – um processo que também está ligado a mudanças sazonais.

Acredita-se que a água líquida tenha fluído pela superfície de Marte, como evidenciado nos numerosos exemplos de antigos vales secos e canais de rios. Hoje, está principalmente presa nas calotas polares e enterrada no subsolo. Marte ainda hoje está a perder água, na forma de hidrogénio e oxigénio que escapa da atmosfera.

Compreender a interação dos reservatórios portadores de água em potencial e o seu comportamento sazonal e de longo prazo é a chave para compreender a evolução do clima de Marte. Isto pode ser feito através do estudo do vapor de água e da água “semipesada” (onde um átomo de hidrogénio é substituído por um átomo de deutério, uma forma de hidrogénio com um neutrão adicional).

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“A proporção de deutério para hidrogénio, D/H, é o nosso cronómetro – uma métrica poderosa que nos conta sobre a história da água em Marte e como a perda de água evoluiu ao longo do tempo. Graças à ExoMars Trace Gas Orbiter, podemos agora entender e calibrar melhor este cronómetro e testar novos reservatórios de água em Marte,” disse Geronimo Villanueva do Goddard Space Flight Center da NASA e autor principal do novo resultado.

“Com a Trace Gas Orbiter, podemos observar o caminho dos isotopólogos da água à medida que sobem para a atmosfera com um nível de detalhe que antes não era possível. As medições anteriores forneceram apenas a média sobre a profundidade de toda a atmosfera. É como se antes tivéssemos apenas uma visualização 2D, agora podemos explorar a atmosfera em 3D,” diz Ann Carine Vandaele, principal investigadora do instrumento Nadir and Occultation for MArs Discovery (NOMAD) que foi usado para esta investigação.

ExoMars observing water in the martian atmosphere

As novas medições revelam uma variabilidade dramática em D/H com a altitude e a estação à medida que a água sobe do seu local original. “Curiosamente, os dados mostram que, uma vez que a água é totalmente vaporizada, ela exibe principalmente um grande enriquecimento comum em águas semipesadas e uma razão D/H seis vezes maior do que a da Terra em todos os reservatórios de Marte, confirmando que grandes quantidades de água foram perdidas ao longo do tempo,” diz Giuliano Liuzzi, da American University e do Goddard Space Flight Center da NASA e um dos principais cientistas da investigação.

Os dados da ExoMars coletados entre abril de 2018 e abril de 2019 também mostraram três casos que aceleraram a perda de água da atmosfera: a tempestade de poeira global de 2018, uma tempestade regional curta, mas intensa, em janeiro de 2019 e libertação de água da calota polar sul durante os meses de verão ligada à mudança sazonal. Digno de nota é uma nuvem de vapor de água crescente durante o verão do sul que potencialmente injetaria água na alta atmosfera numa base sazonal e anual.

Futuras observações coordenadas com outras aeronaves, incluindo a MAVEN da NASA, que se concentra na alta atmosfera, fornecerão perceções complementares para a evolução da água durante o ano marciano.

“A mudança das estações em Marte, e em particular o verão relativamente quente no hemisfério sul, parece ser a força motriz por trás das nossas novas observações, como a maior perda de água atmosférica e a atividade de poeira ligada à deteção de cloreto de hidrogénio, que vemos nos dois últimos estudos,” acrescenta Håkan. “As observações da Trace Gas Orbiter estão a permitir-nos explorar a atmosfera marciana como nunca antes.”

How ExoMars studies the atmosphere

Notícia e imagens: ESA

Os artigos da ESA são escritos segundo o novo AO90

 



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