Como a Terra, Marte experimenta variações climáticas durante o curso de um ano devido à natureza inclinada de sua órbita (também conhecida como mudança sazonal). De forma similar, essas variações de temperatura resultam na interação entre a atmosfera e as calotas polares. Na terra, variações sazonais na temperatura e precipitação fazem com que a calota polar em um hemisfério cresça enquanto a calota polar no outro hemisfério diminui.

Em Marte, Contudo, as coisas funcionam um pouco diferente. Além da neve caindo nas calotas polares durante o inverno, as calotas polares marcianas também recebem uma grande quantidade de dióxido de carbono congelado ("gelo seco") além da neve. Recentemente, uma equipe internacional de cientistas usou dados da missão Mars Global Surveyor (MGS) da NASA para medir como as calotas polares do planeta crescem e diminuem. Seus resultados podem fornecer novos insights sobre como o clima marciano varia devido à mudança sazonal.

O estudo que descreve suas descobertas foi liderado por Haifeng Xiao, assistente de pesquisa do Instituto de Geodésia e Ciências da Geoinformação da Universidade Técnica de Berlim. Ele foi acompanhado por pesquisadores da Universidade de Stanford, a Université Paris-Saclay, o Institut Universitaire de France, e o Instituto de Pesquisa Planetária e o Instituto de Física Atmosférica do Centro Aeroespacial Alemão (DLR).

O que sabemos sobre as calotas polares marcianas indica que elas são compostas de três partes. Primeiro, existe a calota polar residual (ou permanente), que consiste em camadas de gelo de água com vários metros de espessura no Pólo Norte, e uma folha de 8 metros (~ 10 pés) de espessura de dióxido de carbono congelado no Pólo Sul. Abaixo deles estão os Depósitos em Camadas Polares (PLDs), que têm 2 a 3 km (mi) de espessura e são compostos de gelo de água e poeira.

A última é a calota polar sazonal, uma camada de CO congelado ₂ depositado no topo das calotas polares permanentes a cada inverno. Para o bem de seu estudo, Haifeng e seus colegas se concentraram nas calotas de gelo sazonais para revelar como elas são afetadas pelas variações nas temperaturas sazonais e na radiação solar - e como isso está associado às variações anuais no clima de Marte. Como Haifeng disse à Universe Today por e-mail:

"Cada ano marciano, aproximadamente 30% do CO da atmosfera ₂ a massa está em troca vívida com as superfícies polares por meio da deposição / sublimação sazonal. Variações temporais de níveis e volumes de neve / gelo associados a este processo podem colocar restrições cruciais no sistema climático de Marte e nos modelos de circulação volátil.

"Além disso, a acumulação sazonal do CO ₂ gelo para formar essas calotas polares sazonais pode ser afetado por tempestades de areia, pontos frios, ventos catabáticos e orográficos, e sombreamento local. Assim, as variabilidades de curto e longo prazo das calotas polares sazonais também podem indicar as variabilidades do clima de Marte. "

Durante um ano marciano, que dura mais de 687 dias terrestres (ou 668,5 Sols), mudanças sazonais fazem com que o dióxido de carbono atmosférico migre do Pólo Norte para o Pólo Sul (e vice-versa). Essas ações sazonais são responsáveis ​​pelo transporte de grandes quantidades de poeira e vapor d'água, o que leva a geadas e à formação de grandes nuvens cirros visíveis do espaço.

Este processo de sublimação e troca entre os pólos também é responsável por características geológicas notáveis ​​em Marte, como o terreno araneiforme (também conhecido como "aranhas") próximo ao Pólo Sul e a forma como os campos de dunas nos planos do norte ficam sulcados com a chegada de sazonais. Como Haifeng explicou, compreender a relação entre as calotas polares sazonais e a formação de características geológicas em Marte pode levar a uma melhor compreensão do ambiente marciano.

Nas últimas duas décadas, medições das calotas polares foram realizadas usando vários métodos - variação de gravidade, nêutron, e fluxo de raios gama - e modelado com base em modelos de Circulação Geral e Balanço de Energia. Para seu estudo, Haifeng e seus colegas confiaram em dados obtidos pelo instrumento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) a bordo do MGS para obter medições precisas da altura e do volume das calotas polares de Marte ao longo do tempo.

Isso consistia em reprocessar os Registros de Dados Experimentais de Precisão MOLA (PEDR) - ou leituras de altimetria individuais da MOLA - usando os dados de órbita MGS mais recentes disponíveis e o modelo rotacional de Marte. Eles então autorregistraram esses perfis em um Modelo Digital de Terreno (DTM) autoconsistente, que serviu como uma medida de superfície média estática para Marte. Como Haifeng explicou:

"Nós propusemos e validamos o co-registro de segmentos de perfil dinâmico local Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) para Modelos Digitais de Terreno (DTMs) estáticos como uma abordagem para obter CO sazonal ₂ variações de profundidade da cobertura de gelo em Marte. Além disso, também propusemos um procedimento de pós-correção com base nos pseudo cruzamentos de perfis MOLA para melhorar ainda mais a precisão da série de tempo de variação de profundidade. "

O resultado disso foi uma série de medições de mudança de altura com uma precisão de ~ 4,9 cm (1,93 polegadas) e variações de altura de pico a pico de ~ 2,2 m (7,2 pés). A equipe também estendeu esses resultados a todo o Pólo Sul, que eles esperam cobrir com mais detalhes em outro estudo a ser publicado em breve. Haifeng e seus colegas também planejam comparar seus resultados com dados de altimetria de radar obtidos pela sonda SHAllow RADar (SHARAD) a bordo do Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) da NASA.

"Como próximo passo, Tentaremos a altimetria de radar SHARAD para validar as medições MOLA e derivar a evolução de profundidade sazonal de longo prazo das calotas polares sazonais de Marte, que também será importante para avaliar a estabilidade de longo prazo das tampas polares residuais marcianas subjacentes, em especial a tampa polar sul residual que é considerada em um estado quase estável, "disse Haifeng.

Essas medições permitirão aos cientistas planetários aprender muito mais sobre o clima marciano e as mudanças anuais pelas quais ele passa. Eles também ajudarão a preparar futuras missões de exploração robótica e humana para o Planeta Vermelho, que ainda são antecipados por algum tempo na próxima década.