Na Terra, o oxigênio incandescente é produzido durante as auroras polares quando elétrons energéticos do espaço interplanetário atingem a atmosfera superior. Essa emissão de luz movida a oxigênio dá às auroras polares sua bela e característica cor verde.
A aurora, no entanto, é apenas uma maneira pela qual as atmosferas planetárias acendem. As atmosferas de planetas, incluindo a Terra e Marte, brilham constantemente durante o dia e a noite, à medida que a luz do sol interage com átomos e moléculas na atmosfera. O brilho do dia e da noite é causado por mecanismos ligeiramente diferentes: o brilho da noite ocorre quando as moléculas separadas se recombinam, enquanto o brilho do dia surge quando a luz do Sol excita diretamente átomos e moléculas como nitrogênio e oxigênio.
Na Terra, o brilho verde da noite é bastante fraco e, portanto, é melhor visto sob uma perspectiva de ponta – como retratado em muitas imagens espetaculares tiradas por astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS). Esse desmaio pode ser um problema ao procurá-lo em torno de outros planetas, pois suas superfícies brilhantes podem afogá-lo.
Agora, esse brilho verde foi detectado pela primeira vez em Marte pelo ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), que orbita Marte desde outubro de 2016.
“Uma das emissões mais brilhantes vistas na Terra deriva do brilho da noite. Mais especificamente, dos átomos de oxigênio emitindo um comprimento de onda de luz específico que nunca foi visto em outro planeta”, diz Jean-Claude Gérard, da Université de Liège, na Bélgica, e principal autor do novo estudo publicado na Nature Astronomy.
“No entanto, há cerca de 40 anos prevê-se que essa emissão exista em Marte – e, graças à TGO, a encontramos”.
Jean-Claude e seus colegas conseguiram detectar essa emissão usando um modo de observação especial do TGO. Um dos avançados conjuntos de instrumentos do orbitador, conhecido como NOMAD (Nadir e Ocultação de Marte Descoberta) e incluindo o espectrômetro ultravioleta e visível (UVIS), pode ser observado em várias configurações, uma das quais posiciona seus instrumentos para apontar diretamente para baixo no marciano. superfície – também conhecido como canal ‘nadir’.
“Observações anteriores não capturaram qualquer tipo de brilho verde em Marte, por isso decidimos reorientar o canal nadir do UVIS para apontar para a ‘borda’ de Marte, semelhante à perspectiva que você vê nas imagens da Terra tiradas da ISS” acrescenta a coautora Ann Carine Vandaele, do Institut Royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique, Bélgica, e pesquisadora principal do NOMAD.
Entre 24 de abril e 1 de dezembro de 2019, Jean-Claude, Ann Carine e colegas usaram o NOMAD-UVIS para escanear altitudes que variam de 20 a 400 quilômetros da superfície marciana duas vezes por órbita. Quando analisaram esses conjuntos de dados, encontraram a emissão verde de oxigênio em todos eles.
“A emissão foi mais forte a uma altitude de cerca de 80 quilômetros e variou dependendo da distância variável entre Marte e o Sol”, acrescenta Ann Carine.
Estudar o brilho das atmosferas planetárias pode fornecer uma riqueza de informações sobre a composição e dinâmica de uma atmosfera e revelar como a energia é depositada pela luz do Sol e pelo vento solar – o fluxo de partículas carregadas que emanam da nossa estrela.
Para entender melhor esse brilho verde em Marte e compará-lo com o que vemos em nosso planeta, Jean-Claude e seus colegas se aprofundaram em como ele foi formado.
“Modelamos essa emissão e descobrimos que ela é produzida principalmente como dióxido de carbono ou CO2, que é dividido em suas partes constituintes: monóxido de carbono e oxigênio”, diz Jean-Claude. “Vimos os átomos de oxigênio resultantes brilhando tanto na luz visível quanto na ultravioleta”.
A comparação simultânea desses dois tipos de emissão mostrou que a emissão visível era 16,5 vezes mais intensa que o ultravioleta.
“As observações em Marte concordam com os modelos teóricos anteriores, mas não com o brilho real que vimos em torno da Terra, onde a emissão visível é muito mais fraca”, acrescenta Jean-Claude. “Isso sugere que temos mais a aprender sobre como os átomos de oxigênio se comportam, o que é extremamente importante para o nosso entendimento da física atômica e quântica”.
Esse entendimento é essencial para caracterizar atmosferas planetárias e fenômenos relacionados – como as auroras. Ao decifrar a estrutura e o comportamento dessa camada verde brilhante da atmosfera de Marte, os cientistas podem obter informações sobre uma faixa de altitude que permaneceu praticamente inexplorada e monitorar como ela muda conforme a atividade do Sol varia e Marte viaja ao longo de sua órbita em torno de nossa estrela.
“Esta é a primeira vez que esta emissão importante é observada em outro planeta além da Terra e marca a primeira publicação científica baseada em observações do canal UVIS do instrumento NOMAD no ExoMars Trace Gas Orbiter”, destaca Håkan Svedhem, TGO da ESA Cientista do Projeto.
“Ele demonstra a extraordinariamente alta sensibilidade e qualidade óptica do instrumento NOMAD. Isso é especialmente verdadeiro, pois esse estudo explorou a margem do dia de Marte, que é muito mais brilhante que a da noite, dificultando ainda mais a detecção dessa fraca emissão”.
Compreender as propriedades da atmosfera de Marte não é apenas interessante cientificamente, mas também é fundamental para operar as missões que enviamos ao Planeta Vermelho. A densidade atmosférica, por exemplo, afeta diretamente o arrasto experimentado pelos satélites em órbita e pelos pára-quedas usados para fornecer sondas à superfície marciana.
“Esse tipo de observação de sensoriamento remoto, juntamente com medições in situ em altitudes mais altas, nos ajuda a prever como a atmosfera marciana responderá a mudanças sazonais e variações na atividade solar”, acrescenta Håkan. “A previsão de mudanças na densidade atmosférica é especialmente importante para as próximas missões, incluindo a missão ExoMars 2022, que enviará uma plataforma de ciência móvel e de superfície para explorar a superfície do Planeta Vermelho”.
Publicado em 18/06/2020 07h56
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