Novas evidências do impacto da recente tempestade de poeira que envolveu o planeta na água na atmosfera, e uma surpreendente falta de metano, estão entre os destaques científicos do primeiro ano em órbita do ExoMars Trace Gas Orbiter.

Dois artigos são publicados na revista Natureza hoje descrevendo os novos resultados, e relatado em uma coletiva de imprensa dedicada na União Europeia de Geociências em Viena.

Um terceiro artigo, submetido ao Anais da Academia Russa de Ciências , apresenta o mapa mais detalhado já produzido de gelo de água ou minerais hidratados na subsuperfície rasa de Marte.

O orbitador de gás traço ESA-Roscosmos ExoMars conjunto, ou TGO, chegou ao Planeta Vermelho em outubro de 2016, e passou mais de um ano usando a técnica de aerofrenagem necessária para atingir sua órbita científica de duas horas, 400 km acima da superfície de Marte.

"Estamos muito satisfeitos com os primeiros resultados do Trace Gas Orbiter, "diz Håkan Svedhem, Cientista do projeto TGO da ESA.

"Nossos instrumentos estão funcionando extremamente bem e mesmo nos primeiros meses de observação já forneciam dados excelentes a um nível muito mais alto do que o alcançado anteriormente."

A principal missão científica do TGO começou no final de abril de 2018, apenas alguns meses antes do início da tempestade de poeira global que acabaria por levar à morte do rover Opportunity da NASA, após 15 anos vagando pela superfície marciana.

Nave espacial em órbita, Contudo, foram capazes de fazer observações únicas, com o TGO seguindo o início e o desenvolvimento da tempestade e monitorando como o aumento da poeira afetou o vapor d'água na atmosfera - importante para entender a história da água em Marte ao longo do tempo.

Explorando a tempestade de poeira

Dois espectrômetros a bordo - NOMAD e ACS - fizeram as primeiras medições de ocultação solar de alta resolução da atmosfera, observar como a luz do sol é absorvida na atmosfera para revelar as impressões digitais químicas de seus ingredientes.

Isso permitiu a distribuição vertical de vapor de água e água "semipesada" - com um átomo de hidrogênio substituído por um átomo de deutério, uma forma de hidrogênio com um nêutron adicional - a ser traçado de perto da superfície marciana até acima de 80 km de altitude. Os novos resultados rastreiam a influência da poeira na atmosfera sobre a água, junto com a fuga de átomos de hidrogênio para o espaço.

"Nas latitudes do norte, vimos características como nuvens de poeira em altitudes de cerca de 25 a 40 km que não existiam antes, e nas latitudes ao sul, vimos camadas de poeira movendo-se para altitudes mais elevadas, "diz Ann Carine Vandaele, investigador principal do instrumento NOMAD no Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial.

"O aumento do vapor de água na atmosfera aconteceu de forma extremamente rápida, ao longo de apenas alguns dias durante o início da tempestade, indicando uma reação rápida da atmosfera à tempestade de poeira. "

As observações são consistentes com modelos de circulação global. A poeira absorve a radiação do Sol, aquecendo o gás circundante e fazendo com que ele se expanda, por sua vez, redistribuindo outros ingredientes - como a água - em uma faixa vertical mais ampla. Um contraste de temperatura mais alto entre as regiões equatorial e polar também é configurado, fortalecimento da circulação atmosférica. Ao mesmo tempo, graças às altas temperaturas, menos nuvens de água gelada se formam - normalmente elas confinariam o vapor de água a altitudes mais baixas.

As equipes também fizeram a primeira observação de água semipesada simultaneamente com vapor de água, fornecer informações importantes sobre os processos que controlam a quantidade de átomos de hidrogênio e deutério que escapam para o espaço. Isso também significa que a razão de deutério para hidrogênio (D / H) pode ser derivada, que é um marcador importante para a evolução do inventário de água em Marte.

"Nós vemos aquela água, deuterado ou não, é muito sensível à presença de nuvens de gelo, impedindo-o de atingir as camadas atmosféricas mais acima. Durante a tempestade, a água atingiu altitudes muito mais elevadas, "diz Ann Carine." Isso foi teoricamente previsto por modelos por muito tempo, mas esta é a primeira vez que fomos capazes de observá-lo. "

Uma vez que a razão D / H está prevista para mudar com a estação e com a latitude, Espera-se que as medições regionais e sazonais contínuas da TGO forneçam mais evidências dos processos em jogo.

Enredo misterioso do metano se complica

Os dois instrumentos complementares também iniciaram suas medições de gases traço na atmosfera marciana. Os gases residuais ocupam menos de um por cento da atmosfera em volume, e requerem técnicas de medição altamente precisas para determinar suas impressões digitais químicas exatas na composição. A presença de gases residuais é normalmente medida em "partes por bilhão em volume" (ppbv), então, para o exemplo do inventário de metano da Terra medindo 1800 ppbv, para cada bilhão de moléculas, 1800 são metano.

O metano é de particular interesse para os cientistas de Marte, porque pode ser uma assinatura de vida, bem como processos geológicos - na Terra, por exemplo, 95% do metano na atmosfera vem de processos biológicos. Porque pode ser destruído pela radiação solar em escalas de tempo de várias centenas de anos, qualquer detecção da molécula nos tempos atuais implica que ela deve ter sido liberada há relativamente pouco tempo - mesmo se o próprio metano foi produzido há milhões ou bilhões de anos e permaneceu preso em reservatórios subterrâneos até agora. Além disso, gases traço são misturados com eficiência diariamente perto da superfície do planeta, com modelos de circulação global do vento ditando que o metano seria misturado uniformemente ao redor do planeta dentro de alguns meses.

Relatos de metano na atmosfera marciana têm sido intensamente debatidos porque as detecções têm sido muito esporádicas no tempo e no local, e muitas vezes ficava no limite dos limites de detecção dos instrumentos. Mars Express da ESA contribuiu com uma das primeiras medições da órbita em 2004, naquele momento, indicando a presença de metano no valor de 10 ppbv.

Telescópios baseados na Terra também relataram não-detecções e medições transitórias de até cerca de 45 ppbv, enquanto o rover Curiosity da NASA, explorando a cratera Gale desde 2012, sugeriu um nível de fundo de metano que varia com as estações entre cerca de 0,2 e 0,7 ppbv - com alguns picos de nível mais alto. Mais recentemente, A Mars Express observou um pico de metano um dia após uma das leituras de nível mais alto do Curiosity.

Os novos resultados do TGO fornecem a análise global mais detalhada até agora, encontrando um limite superior de 0,05 ppbv, isso é, 10–100 vezes menos metano do que todas as detecções relatadas anteriormente. O limite de detecção mais preciso de 0,012 ppbv foi alcançado a 3 km de altitude.

Como um limite superior, 0,05 ppbv ainda corresponde a até 500 toneladas de metano emitidas ao longo de uma vida útil prevista de 300 anos da molécula, considerando apenas os processos de destruição atmosférica, mas disperso por toda a atmosfera, isso é extremamente baixo.

"Temos lindos, sinais de rastreamento de dados de alta precisão de água dentro da faixa de onde esperaríamos ver metano, mas, ainda assim, só podemos relatar um limite superior modesto que sugere uma ausência global de metano, "diz o investigador principal da ACS, Oleg Korablev, do Space Research Institute, Academia Russa de Ciências, Moscou.

"As medições de alta precisão do TGO parecem estar em desacordo com as detecções anteriores; para reconciliar os vários conjuntos de dados e combinar a transição rápida das plumas relatadas anteriormente para os níveis de fundo aparentemente muito baixos, precisamos encontrar um método que destrua o metano de forma eficiente perto da superfície do planeta. "

"Assim como a questão da presença do metano e de onde ele pode estar provém tanto debate, então a questão de para onde está indo, e com que rapidez pode desaparecer, é igualmente interessante, "diz Håkan.

"Ainda não temos todas as peças do quebra-cabeça ou vemos o quadro completo, mas é por isso que estamos lá com o TGO, fazendo uma análise detalhada da atmosfera com os melhores instrumentos que temos, para entender melhor o quão ativo é este planeta - seja geológica ou biologicamente. "

Melhor mapa de águas rasas subterrâneas

Enquanto o debate animado sobre a natureza e a presença do metano continua, uma coisa certa é que a água já existiu em Marte - e ainda existe na forma de água gelada, ou como minerais hidratados em água. E onde havia água, pode ter havido vida.

Para ajudar a entender a localização e a história da água em Marte, TGO's neutron detector FREND is mapping the distribution of hydrogen in the uppermost metre of the planet's surface. Hydrogen indicates the presence of water, being one of the constituents of the water molecule; it can also indicate water absorbed into the surface, or minerals that were formed in the presence of water.

The instrument's mapping task will take about one Mars year – almost two Earth years – to produce the best statistics to generate the highest quality map. But the first maps presented based on just a few month's data already exceed the resolution of previous measurements.

"In just 131 days the instrument had already produced a map that has a higher resolution than that of the 16 years data from its predecessor onboard NASA's Mars Odyssey – and it is set to continue getting better, " says Igor Mitrofanov, principal investigator of the FREND instrument at the Space Research Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow.

Aside from the obviously water-rich permafrost of the polar regions, the new map provides more refined details of localised 'wet' and 'dry' regions. It also highlights water-rich materials in equatorial regions that may signify the presence of water-rich permafrost in present times, or the former locations of the planet's poles in the past.

"The data is continually improving and we will eventually have what will become the reference data for mapping shallow subsurface water-rich materials on Mars, crucial for understanding the overall evolution of Mars and where all the present water is now, " adds Igor. "It is important for the science on Mars, and it is also valuable for future Mars exploration."

"We have already been enjoying beautiful images and stereo views of Mars thanks to the TGO's imaging system and now we are delighted to share the first look at data from the other instruments, " concludes Håkan.

"We have a promising future in contributing to the many fascinating aspects of Mars science, from the distribution of subsurface water, to active surface processes and to the mysteries of the martian atmosphere."