Estudos de longo prazo do ozônio e do vapor de água na atmosfera de Marte podem levar a uma melhor compreensão da química atmosférica para a Terra. Uma nova análise dos dados da missão Mars Express da ESA revelou que o nosso conhecimento da forma como estes gases atmosféricos interagem entre si é incompleto.
Usando quatro anos marcianos de observações do instrumento SPICAM (Espectroscopia para a Investigação das Características da Atmosfera de Marte), que corresponde a sete anos e meio da Terra, uma equipe de pesquisadores da Europa e da Rússia descobriu a lacuna em nosso conhecimento quando tentando reproduzir seus dados com um modelo climático global de Marte.
Ozônio e vapor d’água não são bons companheiros atmosféricos. O ozônio (O3) é produzido quando as moléculas de dióxido de carbono (CO2), que constituem 95% da atmosfera marciana, são separadas pela radiação ultravioleta do sol. Por sua vez, o ozônio pode ser dividido por moléculas chamadas radicais de hidrogênio (HOX), que contêm um átomo de hidrogênio e um ou mais átomos de oxigênio. Os próprios radicais de hidrogênio são produzidos quando o vapor de água é dividido pela luz ultravioleta.
Em Marte, como o dióxido de carbono é onipresente, deve haver uma assinatura global de ozônio – a menos que uma determinada região contenha vapor d’água. Nessa circunstância, a água será dividida em radicais de hidrogênio, que reagirão com a molécula de ozônio e a separarão.
Assim, sempre que SPICAM detectou vapor de água, deve ter visto uma redução no ozônio. Quanto mais vapor de água, menos ozônio. A equipe investigou essa relação inversa, também conhecida como anticorrelação. Eles descobriram que podiam reproduzir a natureza inversa geral disso com um modelo climático, mas não atingir a relação precisa. Em vez disso, para uma determinada quantidade de vapor d’água, o modelo produziu apenas 50% do ozônio visto nos dados do SPICAM.
“Isso sugere que a eficiência da destruição do ozônio é exagerada nas simulações de computador”, diz Franck Lefèvre, do Laboratoire atmosphères, milieux, Observações Espaciais (LATMOS), CNRS / Sorbonne Université, França, que liderou o estudo.
No momento, entretanto, a razão para essa superestimação não é clara. Compreender o comportamento dos radicais de hidrogênio em Marte é essencial. “Ele desempenha um papel fundamental na química atmosférica de Marte, mas também na composição global do planeta”, diz Franck.
O modelo químico usado neste trabalho foi construído especificamente por Franck e colegas para analisar Marte. Foi baseado em um modelo de parte da atmosfera superior da Terra; a mesosfera. Aqui, entre cerca de 40-80 quilômetros de altitude, a química e as condições são muito semelhantes às encontradas na atmosfera de Marte.
De fato, a discrepância encontrada nos modelos pode ter repercussões importantes na forma como simulamos o clima da Terra usando modelos atmosféricos. Isso ocorre porque a mesosfera da Terra contém parte da camada de ozônio, que experimentará as mesmas interações com HOX que ocorrem em Marte.
“A química HOX é importante para o equilíbrio global da camada de ozônio da Terra”, diz Franck.
Portanto, entender o que está acontecendo na atmosfera de Marte pode beneficiar a precisão com que podemos realizar simulações climáticas na Terra. E com tantos dados agora disponíveis no SPICAM, a modelagem mostrou claramente que há algo que não entendemos.
Isso poderia ser a ação das nuvens?
Quando Franck e seus colegas introduziram cálculos para a forma como o HOX é absorvido pelas partículas de gelo que formam as nuvens em Marte, eles descobriram que mais ozônio sobreviveu em seus modelos. Isso ocorre porque as moléculas HOX foram absorvidas antes que pudessem separar o ozônio. Mas isso explicava apenas parcialmente seus resultados.
“Não funciona em todos os casos”, diz Franck. E a equipe também está procurando outro lugar.
Uma área particular para estudos posteriores é a medição das taxas de reação nas baixas temperaturas encontradas na atmosfera marciana e na mesosfera terrestre. No momento, eles não são bem conhecidos e, portanto, também podem estar distorcendo os modelos.
Agora que o trabalho atual destacou de forma quantitativa onde estão as lacunas em nosso conhecimento, a equipe irá coletar mais dados usando outros instrumentos UV operando em Marte e continuar suas investigações e atualizar o modelo.
“Com a Mars Express, concluímos a pesquisa mais longa da atmosfera marciana até hoje, independentemente da missão. Começamos em 2004 e agora temos 17 anos de dados, o que nos levou a olhar para quase sete anos marcianos em um linha, incluindo quatro anos marcianos de medições combinadas de ozônio e vapor de água antes que o canal UV de SPICAM, que mede o ozônio, pare de operar perto do final de 2014. Isso é único na história da exploração planetária “, acrescenta Franck Montmessin, também do LATMOS , e o investigador principal do instrumento SPICAM.
Com base no conjunto de dados extraordinário da Mars Express, novos resultados estão chegando do Trace Gas Orbiter da ESA, que circula Marte desde outubro de 2016. Ele carrega dois instrumentos, ACS (Atmospheric Chemistry Suite) e NOMAD (Nadir e ocultação para MArs Discovery ) que estão analisando a atmosfera marciana. A missão Maven da NASA também transporta equipamento ultravioleta que monitora a abundância do ozônio. Portanto, a informação vital que finalmente desvenda esse mistério pode vir a qualquer momento.
O monitoramento de longo prazo dos parâmetros atmosféricos e suas variações pela Mars Express fornece um conjunto de dados exclusivo para estudar a atmosfera marciana como um sistema dinâmico complexo.
“Talvez somar todos esses anos juntos acabe sendo a chave de como o HOX realmente controla a atmosfera marciana, beneficiando nossa compreensão das atmosferas planetárias em geral”, disse Franck Montmessin.
Publicado em 24/07/2021 17h47
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