ExoMars detecta um raro brilho verde no Planeta Vermelho

ExoMars Trace Gas Orbiter da ESA detectou oxigénio verde brilhante na atmosfera de Marte – a primeira vez que esta emissão foi observada num planeta que não a Terra.

Na Terra, o oxigénio incandescente é produzido durante as auroras polares quando electrões energéticos do espaço interplanetário atingem a atmosfera superior. Esta emissão de luz movida a oxigénio dá às auroras polares a sua bela e característica tonalidade verde.

aurora, no entanto, é apenas uma maneira pela qual as atmosferas planetárias se iluminam. As atmosferas de planetas, incluindo a Terra e Marte, brilham constantemente durante o dia e a noite, à medida que a luz do sol interage com átomos e moléculas na atmosfera. O brilho do dia e da noite é causado por mecanismos ligeiramente diferentes: o brilho da noite ocorre quando as moléculas separadas se recombinam, enquanto o brilho do dia surge quando a luz do Sol excita directamente átomos e moléculas como azoto e oxigénio.

Na Terra, o brilho nocturno verde é bastante ténue e, portanto, observa-se melhor sob uma perspectiva ‘de bordo’ – como retratado em muitas imagens espectaculares tiradas por astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Esse brilho ténue pode ser um problema ao procurá-lo em torno de outros planetas, pois as suas superfícies brilhantes podem ofuscá-lo.

Airglow in Earth's atmosphere observed from the International Space Station

Este brilho verde foi agora detectado, pela primeira vez, em Marte pelo ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que orbita Marte desde Outubro de 2016.

“Uma das emissões mais brilhantes observadas na Terra decorre do brilho da noite. Mais especificamente, de átomos de oxigénio que emitem um comprimento de onda específico da luz que nunca foi visto noutro planeta,” diz Jean-Claude Gérard, da Universidade de Liège, Bélgica, e principal autor do novo estudo publicado na Nature Astronomy“No entanto, prevê-se que esta emissão exista em Marte há cerca de 40 anos – e, graças ao TGO, descobrimo-la.”

Jean-Claude e os seus colegas conseguiram detectar esta emissão utilizando um modo de observação especial do TGO. Um dos conjuntos avançados de instrumentos da sonda, conhecido como NOMAD (Nadir and Occultation for Mars Discovery) e que inclui o espectrómetro ultravioleta e visível (UVIS), pode ser observado em várias configurações, uma das quais posiciona os seus instrumentos de modo a apontar directamente para a superfície marciana – também conhecido como canal ‘nadir’.

“As observações anteriores não capturaram nenhum tipo de brilho verde em Marte, por isso decidimos reorientar o canal nadir do UVIS para apontar para a ‘borda’ de Marte, semelhante à perspectiva que se vê nas imagens da Terra obtidas a partir da ISS” acrescenta a co-autora Ann Carine Vandaele, do Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial, Bélgica, e Investigadora Principal do NOMAD.

Green oxygen dayglow emission in the martian atmosphere: comparison between model and ExoMars Trace Gas Orbiter observations

Entre 24 de Abril e 1 de Dezembro de 2019, Jean-Claude, Ann Carine e os colegas usaram o NOMAD-UVIS para explorar altitudes que variam de 20 a 400 quilómetros da superfície marciana, duas vezes por órbita. Quando analisaram esses conjuntos de dados, encontraram a emissão verde de oxigénio em todos.

“A emissão foi mais forte a uma altitude de cerca de 80 quilómetros e foi diferente dependendo da distância variável entre Marte e o Sol,” acrescenta Ann Carine.

Estudar o brilho das atmosferas planetárias pode fornecer uma riqueza de informações sobre a composição e dinâmica de uma atmosfera e revelar como a energia é depositada pela luz do Sol e pelo vento solar – o fluxo de partículas carregadas que emanam da nossa estrela.

Para entender melhor este brilho verde em Marte, e compará-lo com o que vemos ao redor do nosso planeta, Jean-Claude e os colegas investigaram a fundo como foi formado.

Modelámos essa emissão e descobrimos que é produzida, principalmente, como dióxido de carbono, ou CO2, e dividida nas suas partes constituintes: monóxido de carbono e oxigénio,” diz Jean-Claude. “Observámos os átomos de oxigénio resultantes a brilhar tanto na luz visível quanto na ultravioleta.”

A comparação simultânea destes dois tipos de emissão mostrou que a emissão visível era 16,5 vezes mais intensa que na ultravioleta.

“As observações em Marte concordam com os modelos teóricos anteriores, mas não com o brilho real que observamos em torno da Terra, onde a emissão visível é muito mais fraca,” acrescenta Jean-Claude. “Isto sugere que temos mais a aprender sobre como os átomos de oxigénio se comportam, o que é extremamente importante para o nosso entendimento da física atómica e quântica.”

Esta compreensão é essencial para caracterizar atmosferas planetárias e fenómenos relacionados – como as auroras. Ao decifrar a estrutura e o comportamento desta camada verde brilhante da atmosfera de Marte, os cientistas podem obter informações sobre uma faixa de altitude que permaneceu praticamente inexplorada e monitorizar como esta muda consoante a actividade do Sol varia, e Marte viaja ao longo da sua órbita em torno da nossa estrela.

Evolution with altitude of the oxygen emission in dayside limb observed with the NOMAD/UVIS instrument on ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter

“Esta é a primeira vez que esta emissão importante é observada noutro planeta além da Terra e marca a primeira publicação científica baseada em observações do canal UVIS do instrumento NOMAD no ExoMars Trace Gas Orbiter,” destaca Håkan Svedhem, Cientista do Projecto TGO da ESA.

“Isto demonstra a extraordinariamente alta sensibilidade e qualidade óptica do instrumento NOMAD. Isto é especialmente verdadeiro, uma vez que este estudo explorou a margem do dia em Marte, que é muito mais brilhante que a da noite, dificultando ainda mais a detecção dessa ténue emissão.”

Compreender as propriedades da atmosfera de Marte não é apenas interessante cientificamente, mas é também fundamental para operar as missões que enviamos ao Planeta Vermelho. A densidade atmosférica, por exemplo, afecta directamente a resistência sentida pelos satélites em órbita e pelos pára-quedas usados para fornecer sondas à superfície marciana.

“Este tipo de observação de detecção remota, juntamente com medições in situ em altitudes mais altas, ajuda-nos a prever como a atmosfera marciana responderá às mudanças sazonais e às variações na actividade solar,” acrescenta Håkan. “A previsão de mudanças na densidade atmosférica é especialmente importante para as próximas missões, incluindo a missão ExoMars 2022, que enviará um rover e uma plataforma de ciência de superfície para explorar a superfície do Planeta Vermelho.”

Notícia e imagens: ESA

Texto corrigido para Língua Portuguesa pré-AO90



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