Poucos cientistas duvidam que Marte já foi quente e úmido. As evidências de um passado quente e aquoso continuam se acumulando, e mesmo o ceticismo saudável não consegue descartá-las. Todas essas evidências levantam a próxima pergunta: o que aconteceu com ele?
Marte carrega as marcas de um passado em que a água fluía livremente por sua superfície. Há canais de rios claros, lagos e até mesmo litorais. O rover Perseverance da NASA está trabalhando em torno da Cratera Jezero, um antigo paleolago, e encontrando minerais que só podem se formar na presença de água. O MSL Curiosity encontrou o mesmo na Cratera Gale.
A água que criou essas características da paisagem se foi agora. Parte dela recuou para as calotas polares, onde permanece congelada. Mas, além disso, há apenas dois lugares para onde o restante da água antiga de Marte poderia ter ido: para o subsolo ou para o espaço.
Cientistas acham que há água sob a superfície de Marte. Em 2018, pesquisadores encontraram evidências de um grande lago subglacial a cerca de 1,5 km abaixo da região polar sul, embora esses resultados tenham sido recebidos com algum ceticismo. Mesmo que o lago seja real, não há água suficiente para dar conta de toda a água perdida de Marte.
Em uma nova pesquisa na Science Advances, uma equipe de cientistas usando dados do Telescópio Espacial Hubble e da NASA Atmosfera de Marte e evolução volátil (MAVEN) orbiter explica como Marte perdeu grande parte de sua água para o espaço. A pesquisa é “Hidrogênio e deutério atmosféricos marcianos: mudanças sazonais e paradigma para fuga para o espaço.O autor principal é John Clarke, professor de Astronomia e diretor do Centro de Física Espacial da Universidade de Boston.
“No geral, os resultados apresentados aqui oferecem fortes evidências de apoio para um período quente e úmido com abundância de água no início de Marte e uma grande quantidade de perda de água para o espaço ao longo da vida do planeta.”
John Clarke, Diretor do Centro de Física Espacial da Universidade de Boston.
“Existem apenas dois lugares para onde a água pode ir. Ela pode congelar no solo, ou a molécula de água pode se quebrar em átomos, e os átomos podem escapar do topo da atmosfera para o espaço”, explicou Clarke em um comunicado à imprensa. “Para entender quanta água havia e o que aconteceu com ela, precisamos entender como os átomos escapam para o espaço.”
A pesquisa se concentra em dois tipos de hidrogênio: o que podemos chamar de hidrogênio ‘regular’ (H) e deutério (D). O deutério é hidrogênio com um nêutron em seu núcleo. A água é H2O—dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio—e moléculas de água podem conter hidrogênio ou deutério. O nêutron contribui com massa adicional e torna o deutério duas vezes mais pesado que o hidrogênio.
A luz ultravioleta do Sol pode dividir moléculas de água em seus átomos constituintes de hidrogênio e oxigênio. Em um cenário de fuga para o espaço, é provável que mais do deutério mais pesado seja deixado para trás do que hidrogênio.
Conforme o tempo passou em Marte e o hidrogênio continuou escapando para o espaço, mais do deutério mais pesado foi deixado para trás. Com o tempo, essa retenção preferencial mudou a proporção de hidrogênio para deutério na atmosfera. Nesta pesquisa, Clarke e seus co-pesquisadores usaram o MAVEN para ver como ambos os átomos escapam de Marte atualmente.
A NASA lançou a MAVEN em 2013, e ela chegou à órbita marciana em 2014. Desde então, a nave espacial capaz tem observado a atmosfera marciana, tornando-a a primeira nave espacial dedicada à tarefa. Seu objetivo abrangente é determinar como Marte perdeu sua atmosfera. Um de seus objetivos específicos é medir a taxa de perda de gás da atmosfera superior do planeta para o espaço e quais fatores e mecanismos governam a perda.
O conjunto de instrumentos da MAVEN contém oito instrumentos poderosos. No entanto, cada missão tem suas compensações e, no que diz respeito à MAVEN, ela não consegue monitorar as emissões de deutério durante todo o ano marciano. A órbita de Marte é mais elíptica do que a da Terra. Durante o inverno marciano, ele viaja mais longe do Sol em comparação a uma órbita circular. Durante esse período, as emissões de deutério são muito fracas.
É aqui que o Telescópio Espacial Hubble entra. Ele contribuiu com observações de seus dois instrumentos UV de alta resolução espectral, o Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) e o Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS). Ao combinar as observações do Hubble e os dados do MAVEN, Clarke e sua equipe monitoraram o escape de deutério por três anos marcianos completos.
O Hubble também contribuiu com dados que antecedem a missão MAVEN. Os dados do Hubble são críticos porque o Sol impulsiona a fuga atmosférica, e seu efeito muda ao longo do ano marciano. Quanto mais próximo Marte estiver do Sol, mais rapidamente as moléculas de água sobem pela atmosfera, onde se separam em grandes altitudes.
O efeito do Sol na atmosfera marciana é impressionante.
“Nos últimos anos, cientistas descobriram que Marte tem um ciclo anual muito mais dinâmico do que as pessoas esperavam há 10 ou 15 anos”, explicou Clarke. “Toda a atmosfera é muito turbulenta, esquentando e esfriando em curtos períodos de tempo, até mesmo em horas. A atmosfera se expande e se contrai conforme o brilho do Sol em Marte varia em 40 por cento ao longo de um ano marciano.”
Antes dessa pesquisa, os cientistas de Marte pensavam que átomos de hidrogênio e deutério se difundiam lentamente para cima através da fina atmosfera até que estivessem altos o suficiente para escapar. Mas esses resultados mudam essa perspectiva.
Esses resultados mostram que quando Marte está próximo do Sol, as moléculas de água sobem muito rapidamente e liberam seus átomos em grandes altitudes.
“Átomos de H na atmosfera superior são perdidos rapidamente pela fuga térmica em todas as estações, e o fluxo de fuga é limitado pela quantidade que se difunde para cima da atmosfera inferior, de modo que o fluxo de fuga efetivamente se iguala ao fluxo ascendente”, explicam os autores em sua pesquisa.
É diferente para átomos de deutério, no entanto. “O fluxo de escape de D do escape térmico é desprezível, em cujo caso um fluxo ascendente com a razão D/H baseada em água resultaria em um grande excedente de D na atmosfera superior”, escrevem os autores.
Para que a razão D/H seja restaurada ao equilíbrio medido com H próximo ao afélio e seja consistente com as mudanças mais rápidas observadas na densidade de D próximo ao periélio, algo tem que impulsionar a fuga de átomos de D. “Neste cenário, o fator de fracionamento se torna muito maior, consistente com um grande reservatório primordial de água em Marte”, escrevem os autores. “Consideramos que este é o cenário provável, enquanto mais trabalho é necessário para entender os processos físicos responsáveis pelos átomos supertérmicos e sua fuga.”
“No geral, os resultados apresentados aqui oferecem fortes evidências de apoio para um período quente e úmido com abundância de água no início de Marte e uma grande quantidade de perda de água para o espaço ao longo da vida do planeta”, escrevem Clarke e seus colegas.
A pesquisa também chegou a outra conclusão. A atmosfera superior de Marte é fria, então a maioria dos átomos precisa de um impulso de energia para se tornar supertérmica e escapar da gravidade de Marte. Esta pesquisa mostra que os prótons do vento solar podem entrar na atmosfera e colidir com átomos para fornecer o impulso. A luz solar também pode fornecer um impulso de energia por meio de reações químicas na atmosfera superior.
Esta pesquisa não responde a todas as nossas perguntas sobre a água perdida em Marte, mas representa um progresso significativo, e isso é sempre bem-vindo.
“As tendências relatadas aqui representam um progresso substancial em direção à compreensão dos processos físicos que governam a fuga de hidrogênio para o espaço em Marte e nossa capacidade de relacioná-los ao fracionamento isotópico de D/H e à profundidade da água primordial em Marte”, escrevem os autores.
Como Marte perdeu sua água é uma das grandes questões na ciência espacial agora. É mais do que apenas Marte; pode nos ajudar a entender a Terra, Vênus e os exoplanetas rochosos que encontramos em outras zonas habitáveis e como eles evoluem.
Para ser franco, Marte perdeu sua água, e a Terra não. Por quê?
Estamos nos aproximando da resposta.
