Hoje, um artigo publicado em Ciência documenta pela primeira vez os padrões globais de circulação do vento na alta atmosfera de um planeta, 120 a 300 quilômetros acima da superfície. Os resultados são baseados em observações locais, em vez de medições indiretas, ao contrário de muitas medições anteriores feitas na atmosfera superior da Terra. Mas isso não aconteceu na Terra:aconteceu em Marte. Além disso, todos os dados vieram de um instrumento e uma espaçonave que não foram originalmente projetados para coletar medições de vento.

Em 2016, Mehdi Benna e seus colegas propuseram à equipe do projeto Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN) que reprogramem remotamente a espaçonave MAVEN e seu instrumento Espectrômetro de Massa Iônica e Gás Natural (NGIMS) para fazer um experimento único. Eles queriam ver se as partes do instrumento que normalmente ficavam estacionárias podiam "balançar para frente e para trás como um limpador de pára-brisa rápido o suficiente, "para permitir que a ferramenta reúna um novo tipo de dados.

Inicialmente, a equipe do projeto MAVEN estava relutante em implementar as modificações que Benna e seus colegas solicitaram. Afinal, MAVEN e NGIMS orbitam Marte desde 2013, e eles estavam trabalhando muito bem coletando informações sobre a composição da atmosfera de Marte. Por que colocar tudo isso em risco? Benna e seus colegas argumentaram que este projeto iria coletar novos tipos de dados que poderiam moldar nossa compreensão da atmosfera superior de Marte, informam estudos semelhantes na Terra, e nos ajudem a entender melhor o clima planetário.

Benna, um cientista planetário operando a partir do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA com o Centro UMBC para Tecnologia de Ciências Espaciais (CSST), teve a ideia do limpador de pára-brisa enquanto pensava em como criar um instrumento que pudesse coletar informações sobre os padrões de circulação global na atmosfera superior da Terra. Ocorreu a ele que, juntos, MAVEN e NGIMS podiam fazer a mesma coisa em Marte - e já estavam no espaço.

Com alguma persistência e muitas análises preliminares, Benna e seus colegas convenceram a liderança da missão MAVEN a dar uma chance à sua ideia, depois da Lockheed Martin, o fabricante da espaçonave, determinou que as modificações podem ser possíveis sem danificar o satélite. "É uma reengenharia inteligente em vôo de como operar a espaçonave e o instrumento, "Benna diz." E ao fazer as duas coisas - a espaçonave fazendo algo para o qual não foi projetada e o instrumento fazendo algo que não foi projetado para fazer - tornamos possíveis as medições do vento. "

Efeito cascata

O novo artigo foi concluído em colaboração com Yuni Lee, também do CSST da UMBC, e colegas da Universidade de Michigan, George Mason University, e NASA. É baseado em dados coletados dois dias por mês durante dois anos de 2016 a 2018. Alguns resultados eram esperados, e outros foram grandes surpresas. "O refrescante é que os padrões que observamos na atmosfera superior correspondem globalmente ao que se poderia prever a partir de modelos, "diz Benna." A física funciona. "

Geral, os padrões médios de circulação de uma estação para outra eram muito estáveis ​​em Marte. É como dizer que na costa leste dos Estados Unidos, ao longo do ano, os sistemas climáticos geralmente fluem do oeste para o leste de uma forma previsível.

Uma surpresa veio quando a equipe analisou a variabilidade de curto prazo dos ventos na alta atmosfera, que foi maior do que o previsto. "Em Marte, a circulação média é estável, mas se você tirar um instantâneo a qualquer momento, os ventos são altamente variáveis, "Benna diz. Mais trabalho é necessário para determinar por que esses padrões contrastantes existem.

Uma segunda surpresa foi que o vento a centenas de quilômetros acima da superfície do planeta ainda continha informações sobre as formas de relevo abaixo, como montanhas, canyons, e bacias. À medida que a massa de ar flui sobre esses recursos, "ele cria ondas - efeitos em cascata - que fluem para a atmosfera superior" e podem ser detectados por MAVEN e NGIMS, Benna explica. "Na terra, vemos o mesmo tipo de ondas, mas não em altitudes tão elevadas. Essa foi a grande surpresa, que podem chegar a 280 quilômetros de altura. "

Benna e colegas têm duas hipóteses de por que as ondas, chamadas de "ondas ortográficas, "duram tanto tempo inalteradas. Por um lado, a atmosfera em Marte é muito mais fina do que na Terra, para que as ondas possam viajar mais longe desimpedidas, como ondulações viajando mais longe na água do que no melaço. Também, a diferença média entre picos e vales geográficos é muito maior em Marte do que na Terra. Não é incomum montanhas terem 20 quilômetros de altura em Marte, enquanto o Monte Everest não tem exatamente nove quilômetros de altura, e a maioria das montanhas terrestres são muito mais curtas.

"A topografia de Marte está conduzindo isso de uma forma mais pronunciada do que na Terra, "Benna diz.

Avançando

Continuar a analisar os dados deste estudo pode ajudar os cientistas a descobrir se os mesmos processos básicos estão em ação na alta atmosfera da Terra. Ironicamente, "Tivemos que fazer essas medições em Marte para finalmente entender o mesmo fenômeno na Terra, "Benna diz." Em última análise, os resultados nos ajudarão a entender o clima de Marte. Qual é o seu estado e como está evoluindo? "

Mas a equipe não está satisfeita com o conjunto de dados atual. “Queremos continuar medindo. Temos dois anos de dados, mas não vamos parar por aí, "Benna diz. Mesmo com o conjunto de dados que eles já têm, "Temos muitos anos de modelagem e análise pela frente." É um tesouro de informações que pode ser examinado de maneiras ainda não imaginadas, para aprender ainda mais sobre como os planetas funcionam.