Imagem conceitual retratando o ambiente marciano primitivo (à direita) - que se acredita conter água líquida e uma atmosfera mais densa - versus o frio, ambiente seco visto em Marte hoje (esquerda). Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA
Um tipo de aurora marciana identificada pela primeira vez pela espaçonave MAVEN da NASA em 2016 é, na verdade, a forma mais comum de aurora que ocorre no Planeta Vermelho, de acordo com os novos resultados da missão. A aurora é conhecida como aurora de prótons e pode ajudar os cientistas a rastrear a perda de água da atmosfera de Marte.
Na Terra, aurora são comumente vistas como exibições coloridas de luz no céu noturno perto das regiões polares, onde também são conhecidas como luzes do norte e do sul. Contudo, a aurora de prótons em Marte acontece durante o dia e emite luz ultravioleta, portanto, é invisível ao olho humano, mas detectável pelo instrumento Imaging UltraViolet Spectrograph (IUVS) na espaçonave MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN).
A missão do MAVEN é investigar como o Planeta Vermelho perdeu muito de sua atmosfera e água, transformando seu clima de um que poderia ter sustentado a vida para um frio, seco, e inóspito. Uma vez que a aurora de prótons é gerada indiretamente por hidrogênio derivado da água marciana que está em processo de ser perdida para o espaço, esta aurora poderia ser usada para ajudar a rastrear a perda contínua de água em Marte.
"Neste novo estudo usando dados MAVEN / IUVS de vários anos de Marte, a equipe descobriu que os períodos de aumento do escape atmosférico correspondem a aumentos na ocorrência e intensidade da aurora de prótons, "disse Andréa Hughes da Embry-Riddle Aeronautical University em Daytona Beach, Flórida. Hughes é o autor principal de um artigo sobre esta pesquisa publicado em 12 de dezembro no Journal of Geophysical Research : Física Espacial . "Talvez um dia, quando a viagem interplanetária se torna comum, os viajantes que chegarem a Marte durante o verão meridional terão assentos na primeira fila para observar a aurora de prótons marciana dançando majestosamente ao longo do lado diurno do planeta (usando óculos de proteção ultravioleta, claro). Esses viajantes testemunharão em primeira mão os estágios finais de Marte perdendo o restante de sua água para o espaço. ”Hughes apresentará a pesquisa em 12 de dezembro na reunião da American Geophysical Union em San Francisco.
Esta animação mostra uma aurora de prótons em Marte. Primeiro, um próton do vento solar se aproxima de Marte em alta velocidade e encontra uma nuvem de hidrogênio em torno do planeta. O próton rouba um elétron de um átomo de hidrogênio marciano, tornando-se assim um átomo neutro. O átomo passa pelo choque, um obstáculo magnético em torno de Marte, porque as partículas neutras não são afetadas por campos magnéticos. Finalmente, o átomo de hidrogênio entra na atmosfera de Marte e colide com as moléculas de gás, fazendo com que o átomo emita luz ultravioleta. Crédito:NASA / MAVEN / Goddard Space Flight Center / Dan Gallagher
Diferentes fenômenos produzem diferentes tipos de aurora. Contudo, todas as auroras da Terra e de Marte são alimentadas por atividade solar, sejam explosões de partículas de alta velocidade conhecidas como tempestades solares, erupções de gás e campos magnéticos, conhecidas como ejeções de massa coronal, ou rajadas de vento solar, um fluxo de gás condutor de eletricidade que se espalha continuamente no espaço a cerca de um milhão de milhas por hora. Por exemplo, as luzes do norte e do sul da Terra acontecem quando a violenta atividade solar perturba a magnetosfera da Terra, fazendo com que elétrons em alta velocidade batam em partículas de gás na parte superior da atmosfera noturna da Terra e as façam brilhar. Processos semelhantes geram a aurora difusa e discreta de Marte - dois tipos de aurora que foram observados anteriormente no lado noturno marciano.
A aurora de prótons se forma quando os prótons do vento solar (que são átomos de hidrogênio despojados de seus elétrons solitários pelo calor intenso) interagem com a atmosfera superior do lado diurno de Marte. À medida que se aproximam de Marte, os prótons que chegam com o vento solar se transformam em átomos neutros, roubando elétrons dos átomos de hidrogênio na borda externa da coroa de hidrogênio marciana, uma enorme nuvem de hidrogênio em torno do planeta. Quando esses átomos que chegam em alta velocidade atingem a atmosfera, parte de sua energia é emitida como luz ultravioleta.
Quando a equipe do MAVEN observou a aurora de prótons pela primeira vez, eles pensaram que era uma ocorrência relativamente incomum. "Inicialmente, acreditávamos que esses eventos eram bastante raros porque não estávamos olhando nos momentos e lugares certos, "disse Mike Chaffin, cientista pesquisador do Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado em Boulder (LASP) e segundo autor do estudo. "Mas depois de um olhar mais atento, descobrimos que a aurora de prótons está ocorrendo com muito mais frequência em observações diurnas no verão sul do que esperávamos inicialmente. "A equipe encontrou aurora de prótons em cerca de 14 por cento de suas observações diurnas, que aumenta para mais de 80 por cento do tempo quando apenas as observações do verão sul do lado do dia são consideradas. "Por comparação, IUVS detectou aurora difusa em Marte em uma pequena porcentagem das órbitas com geometria favorável, e detecções discretas de aurora são ainda mais raras no conjunto de dados, "disse Nick Schneider, coautor e líder da equipe IUVS no LASP.
Imagens da aurora de prótons de Marte. O espectrógrafo ultravioleta de imagens do MAVEN observa a atmosfera de Marte, fazendo imagens de hidrogênio neutro e aurora de prótons simultaneamente (à esquerda). As observações em condições normais mostram o hidrogênio no disco e na atmosfera estendida do planeta de um ponto de vista no lado noturno (meio). A aurora de prótons é visível como um brilho significativo no membro e no disco (direita); com a contribuição do hidrogênio neutro subtraído, a distribuição da aurora de prótons é revelada, mostrando que tem um pico de brilho próximo ao disco marciano quando os neutros energéticos se chocam com a atmosfera. Crédito:Embry-Riddle Aeronautical University / LASP, U. do Colorado
A correlação com o verão do sul deu uma pista de por que as auroras de prótons são tão comuns e como elas podem ser usadas para rastrear a perda de água. Durante o verão do sul em Marte, o planeta também está perto de sua distância mais próxima do Sol em sua órbita e podem ocorrer enormes tempestades de poeira. O aquecimento do verão e a atividade de poeira parecem causar auroras de prótons, forçando o vapor de água para o alto na atmosfera. A luz ultravioleta extrema solar quebra a água em seus componentes, hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio leve é fracamente ligado pela gravidade de Marte e aumenta a coroa de hidrogênio em torno de Marte, aumentando a perda de hidrogênio para o espaço. Mais hidrogênio na corona torna as interações com os prótons do vento solar mais comuns, tornando a aurora de prótons mais frequente e mais brilhante.
"Todas as condições necessárias para criar aurora de prótons marciana (por exemplo, prótons do vento solar, uma atmosfera de hidrogênio estendida, e a ausência de um campo magnético dipolo global) estão mais comumente disponíveis em Marte do que aqueles necessários para criar outros tipos de aurora, "disse Hughes." Além disso, the connection between MAVEN's observations of increased atmospheric escape and increases in proton aurora frequency and intensity means that proton aurora can actually be used as a proxy for what's happening in the hydrogen corona surrounding Mars, e portanto, a proxy for times of increased atmospheric escape and water loss."
