Descoberta: geada de água no topo dos vulcões marcianos

Por Frédéric Schmidt (Professor, geologia das superfícies planetárias, Universidade Paris-Saclay) e Adomas Valantinas (Pós-doutorando, Universidade de Brown)

A formação de geada de água é muito comum na Terra, especialmente durante o inverno, devido à condensação do vapor d'água atmosférico. Em Marte, existe uma atmosfera cerca de 100 vezes menos densa do que na Terra, que também contém vapor d'água. No entanto, a atmosfera de Marte contém 10.000 vezes menos vapor d'água do que a Terra, tornando a formação de geada menos provável.


Hoje, as trocas de água entre a superfície e a atmosfera ainda não são bem compreendidas no Planeta Vermelho. No entanto, a formação de geada é um importante marcador, útil para entender o ciclo da água, identificar recursos chave para uma potencial exploração humana futura e restringir a potencial habitabilidade. De fato, a água é um recurso necessário para a vida, mas também poderia ser utilizada como combustível para foguetes.

Viagem ao topo dos vulcões marcianos

Nosso novo estudo, publicado hoje na Nature Geoscience, relata a existência de importantes depósitos de geada matinal transitória no topo dos vulcões de uma região chamada Tharsis (ou seja, os vulcões Olympus, Arsia e Ascraeus Montes, e Ceraunius Tholus) utilizando imagens coloridas de alta resolução da sonda Exomars Trace Gas Orbiter (TGO) da Agência Espacial Europeia (ESA). Esta descoberta foi confirmada por meio de observações independentes realizadas pela sonda Mars Express da ESA e pelo espectrômetro NOMAD a bordo do TGO.

Além disso, simulações numéricas do clima marciano mostram que as temperaturas superficiais dos vulcões são compatíveis com a existência de água gelada. Os resultados indicam que os depósitos de geada matinais estão correlacionados com as estações mais frias de Marte. Porque sim, existem estações em Marte, assim como na Terra, mas com temperaturas muito mais baixas, entre -130 °C e -30 °C, nos topos dos vulcões marcianos. Além disso, os vulcões equatoriais recebem rapidamente uma forte insolação solar, explicando o rápido desaparecimento da geada pela manhã.


Tudo começou com a observação de áreas mais claras e levemente azuladas no topo dos vulcões marcianos pela câmera CaSSIS. Após alguns meses de investigação, essas estranhas áreas claras parecem presentes apenas nas observações do início da manhã e durante as estações frias de Marte. A câmera HRSC conseguiu confirmar essas observações, restando identificar a origem desse fenômeno.

Em Marte, existem dois tipos de compostos voláteis: água (H₂O) e dióxido de carbono (CO₂). Esses dois compostos podem facilmente mudar de fase entre gás e sólido nas condições marcianas. Infelizmente, sob forma sólida, ambos aparecem como brancos ou brilhantes no domínio da luz visível (observável também por nossos olhos) no instrumento CaSSIS. Portanto, é difícil distingui-los com uma simples imagem. Tivemos então que realizar um verdadeiro trabalho de investigação para poder diferenciar esses objetos. Conseguimos estabelecer dois tipos de argumentos principais, um baseado na espectroscopia e outro na simulação numérica do microclima dos vulcões marcianos.

Graças à decomposição das cores ou comprimento de onda da luz proveniente da superfície, é possível distinguir H₂O e CO₂. Trata-se da técnica de espectroscopia, possível graças ao instrumento NOMAD. Tentamos identificar esses dois compostos em medidas realizadas em condições extremas, no início da manhã, com pouca iluminação solar. Como o instrumento é otimizado para observar o sol diretamente, essas observações são difíceis e muito ruidosas. Os resultados não mostram nenhuma assinatura de CO₂ e uma possível assinatura de água.

No entanto, na presença de CO₂ em uma camada fina, não se espera observar assinaturas espectrais. Esse argumento, portanto, não é definitivo. Os membros belgas da equipe então realizaram uma simulação numérica do microclima dos vulcões de Marte. Trata-se do mesmo tipo de ferramenta usada para prever o tempo na Terra, adaptada aqui para Marte. As simulações concluem que, no momento das aquisições das imagens com áreas claras, as condições estão reunidas para a condensação da água, mas não para o CO₂. Essas duas provas combinadas favorecem, portanto, a hipótese da geada de água.

Uma fina camada de geada

Com as informações dos diferentes instrumentos, pudemos estimar a espessura dessa camada de geada. Trata-se de uma espessura muito fina, de cerca de 10 micrômetros (1 centésimo de milímetro). Esta quantidade de geada é imposta pela quantidade de vapor d'água disponível na atmosfera de Marte, que é da ordem do micrômetro precipitável. A título de exemplo, na Terra, a quantidade de água é da ordem do centímetro precipitável, ou seja, 10.000 vezes mais!

Como a condensação deve começar algumas horas antes do nascer do sol, a circulação atmosférica permitiu acumular a água da atmosfera ao redor. Dada a área coberta pela geada, a quantidade total de água é da ordem de 60 piscinas olímpicas. Se conseguíssemos coletá-la, isso poderia atender às necessidades de água dos astronautas por vários anos, mas na escala do planeta Marte, essa quantidade ainda é muito pequena. Estima-se que a quantidade de água disponível em Marte, principalmente na forma de gelo nas calotas polares, seja de 1 trilhão de piscinas olímpicas, sabendo que na Terra há cerca de 100 vezes mais água do que em Marte.

Esta descoberta de geada nos picos mais altos do Sistema Solar nos permitirá aprimorar nossa compreensão do ciclo atual da água em Marte. Assim, será possível prever melhor o tempo em Marte, em preparação para uma futura exploração, além de entender melhor o clima passado de Marte e seu potencial de habitabilidade.