Sonda InSight da NASA revela primeiro vislumbre do interior de Marte

Observar o interior do planeta vermelho ajudará os cientistas a compreender melhor como é que Marte se formou e tornou no deserto hostil e oxidado que vemos hoje.

Publicado 26/07/2021, 12:07
Sismómetro da Insight

Desde o início de 2019 que o sismómetro da sonda InSight da NASA recolhe dados cruciais para compreender a estrutura interna de Marte. Graças à InSight, os cientistas já determinaram o tamanho do núcleo do planeta, bem como outras características da sua crosta e manto.

Fotografia de NASA/Caltech

O deus da guerra do sistema solar tem um coração maior do que se pensava. Com a ajuda do primeiro sismómetro da humanidade noutro planeta, os investigadores analisaram pela primeira vez a estrutura interna de Marte, incluindo o seu enorme núcleo líquido.

Estas descobertas, publicadas no dia 22 de julho em três estudos na revista Science, marcam o triunfo científico mais recente da sonda InSight da NASA, que chegou à planície equatorial conhecida por Elysium Planitia de Marte em novembro de 2018. A sonda estacionária tem medido tremores ligeiros por todo o planeta desde o início de 2019.

Na Terra, as ondas sísmicas podem revelar a estrutura interna do nosso planeta, revelando limites subterrâneos onde as velocidades e direções das ondas mudam. As medições semelhantes dos tremores marcianos feitas pela InSight permitiram aos cientistas detetar camadas distintas no interior do planeta vermelho, incluindo os limites do seu núcleo, que tem aproximadamente 3.700 quilómetros de largura.

“Enquanto sismólogos, provavelmente só temos uma oportunidade na vida para encontrar o núcleo de um planeta”, diz Simon Stähler, membro da equipa InSight e sismólogo planetário da universidade de investigação ETH Zurique, na Suíça.

Marte é apenas o terceiro corpo celestial a ter o seu núcleo medido diretamente através de dados sísmicos, a seguir à Terra no início do século XX e à lua em 2011. Quando combinado com as primeiras medições do manto e crosta de Marte da InSight, o tamanho do núcleo vai refinar os modelos de como Marte se formou e mudou nos últimos 4.5 mil milhões de anos, passando de um mundo possivelmente habitável com água líquida e um campo magnético que abrangia todo o planeta para um deserto hostil.

As missões feitas anteriormente a Marte e os modelos de computador exibiam muitas estimativas sólidas sobre o que havia debaixo da superfície ocre do planeta, incluindo a noção de que provavelmente tinha um núcleo líquido. Mas sem dados sísmicos diretos, os investigadores não conseguiam confirmar a precisão dos seus modelos – ou perceber se Marte tinha alguma surpresa reservada. Os resultados da InSight revelam como Marte mudou ao longo de eras, mas também oferecem uma oportunidade única para testar o quão bem os cientistas conseguem determinar o que está no coração de um planeta distante.

“Esta é a primeira vez que temos observações do interior de outro planeta”, diz Sanne Cottaar, sismóloga da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, que não participou nos estudos.

Como funcionam os sismos marcianos

Decifrar os resultados dos dados da InSight representa um grande feito analítico. Na Terra, a sismologia é feita com redes de dezenas de milhares de sensores. Os cientistas da InSight só tinham um sismómetro, num só local, para examinar o interior do planeta vermelho.

Para dificultar ainda mais, Marte está mortalmente tranquilo em comparação com a Terra. Os maiores tremores de Marte mal seriam sentidos por pessoas na sua superfície, a menos que estivessem a alguns quilómetros do epicentro de um destes sismos. Mas a InSight é extremamente sensível e a tranquilidade sísmica de Marte significa que a sonda consegue detetar tremores fracos com distâncias maiores do que um instrumento semelhante faria na Terra. Ainda assim, os cientistas tiveram de lidar com diversas fontes possíveis de ruído, incluindo ventos de superfície, redemoinhos de poeira e “falhas” provocadas pelo ranger da estrutura da InSight à medida que esta aquece e arrefece com cada dia marciano.

“Com a grande equipa que temos, conseguimos extrair todas as informações que queríamos dos dados e ainda estamos a extrair mais”, diz Mark Panning, sismólogo do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, na Califórnia, e coautor dos estudos.

Para os investigadores de sismos em Marte, como para qualquer sismólogo na Terra, as ondas-P e ondas-S são fundamentais; dois tipos de ondas sísmicas que se movem pelo interior de um planeta.

Como acontece com as ondas sonoras, que se movem no ar ou na água, as ondas-P comprimem as partículas ao longo dos seus trajetos. As ondas-S movem-se mais lentamente do que as ondas-P e, à medida que percorrem um determinado material, sacodem as partículas de um lado para o outro como se fossem as cordas de uma guitarra.

Ao moverem-se de formas diferentes, as ondas-P e S não passam pelos mesmos tipos de materiais, dando aos cientistas pistas importantes sobre o interior dos planetas. As ondas-P conseguem facilmente atravessar sólidos, fluidos e gases, mas as ondas-S só viajam através de sólidos, porque os sólidos resistem ao cisalhamento lateral.

Esta diferença foi fundamental na deteção do núcleo de Marte, uma vez que as ondas-P podem atravessar um manto sólido e entrar num núcleo líquido, mas as ondas-S não. Dependendo da orientação lateral do tremor, algumas ondas-S podem descer até aos limites do manto-núcleo e ricochetear em direção à superfície sem perder energia.

Simon Stähler e os seus colegas da missão InSight estavam especificamente à procura destes tipos de reflexões sísmicas. Depois de detetar evidências curiosas nos dados de um sismo marciano de julho de 2019, Simon e uma equipa cada vez maior de cientistas da InSight procuraram sismos que tinham chegado em três fases distintas: a onda-P, seguida pela onda-S principal, e uma segunda onda-S menor com alguns centésimos de segundo de atraso e com a orientação correta para ser um reflexo.

“Enquanto sismólogos, provavelmente só temos uma oportunidade na vida para encontrar o núcleo de um planeta.”

por SIMON STÄHLER, ETH ZURICH

Ao todo, a equipa encontrou seis sismos marcianos que revelam este padrão de três fases. Quando compararam os sinais com 5.000 modelos diferentes do manto de Marte, os investigadores descobriram que estas ondas deviam estar a ricochetear numa fronteira a cerca de 1.600 quilómetros abaixo da superfície do planeta: a linha divisória entre o manto sólido de Marte e o seu núcleo líquido.

Com base na profundidade da fronteira manto-núcleo, a equipa da InSight estima que o núcleo de Marte tem entre 3.580 e 3.740 quilómetros de largura, um pouco maior do que os cientistas esperavam. O tamanho do núcleo também significa que a sua densidade média é ligeiramente menor do que se pensava. Se algumas suposições razoáveis sobre a composição de Marte se mantiverem, o seu núcleo de ferro-níquel líquido deve conter entre 10 a 15 por cento de enxofre em peso, bem como traços de elementos mais leves como oxigénio, hidrogénio e carbono.

Estas descobertas também deixam claro que o manto de Marte não atinge as profundidades e pressões necessárias para produzir um manto inferior distinto, o tipo de camada geológica que no interior da Terra é uma região densa e quente de rocha sólida que começa a cerca de 660 quilómetros de profundidade. Os minerais de alta pressão encontrados no manto inferior da Terra ajudam a isolar o núcleo do nosso planeta, pelo que a sua ausência em Marte provavelmente significa que o núcleo do planeta vermelho teve muito mais facilidade para arrefecer.

Dependendo da composição do núcleo, este potencial para arrefecimento rápido pode ter ajudado o calor a mover-se através do núcleo de Marte durante o início da história do planeta, gerando os tipos de correntes de convecção que teriam criado um campo magnético por todo o planeta na sua juventude.

Embora Marte não tenha atualmente esse campo magnético, a crosta do seu hemisfério sul é fortemente magnetizada, o que implica que o planeta vermelho já teve um campo magnético semelhante ao da Terra entre há 3.7 mil milhões e 4.5 mil milhões de anos e que depois o perdeu. A morte do campo magnético de Marte tem sido associada à perda de grande parte da sua atmosfera, portanto, identificar mais detalhes sobre morte deste campo magnético pode ajudar os cientistas a compreender quando e porque é que Marte se tornou num mundo seco e aparentemente estéril.

Qual é realmente a composição de Marte

Os sismos marcianos detetados pela InSight não revelam apenas o núcleo do planeta vermelho; também revelam indícios sobre os seus submundos mais rasos, o manto e a crosta. Pela primeira vez, os cientistas conseguem observar estas camadas no interior de Marte como o fazem na Terra.

Noutro estudo, também publicado no dia 22 de julho na Science, uma equipa liderada Amir Khan, geofísico da ETH Zurique, usou dados dos sismos marcianos para detetar uma rutura térmica distinta no interior do planeta, a cerca de 400 ou 600 quilómetros de profundidade. Acima desta profundidade, a crosta e a parte superior do manto conduzem calor juntas através da chamada litosfera térmica. Abaixo desta profundidade, o manto comporta-se mais como um fluido viscoso, transferindo lentamente calor como se fosse uma lâmpada de lava.

Os modelos também sugerem que a crosta inferior de Marte é muito mais rica em elementos radioativos que produzem calor – entre 13 a 21 vezes mais rica – do que o manto por baixo. Em conjunto, estes resultados podem ajudar a explicar porque é que os vulcões de Marte aparecem onde aparecem, apesar da ausência de placas tectónicas globais no planeta.

Para concluir este retrato de Marte, os investigadores também observaram a estrutura da crosta do planeta, num terceiro estudo que também foi publicado no dia 22 de julho na Science. Os resultados deste estudo permitem duas interpretações diferentes: a crosta ou tem cerca de 20 quilómetros de espessura, consistindo em duas camadas, ou tem cerca de 39 quilómetros de espessura, consistindo em três camadas. Descobrir a resposta correta pode ajudar os cientistas a compreender como é que o planeta se formou e mudou ao longo do tempo.

“Temos a esperança de que, com mais dados ou análises diferentes, chegaremos a um ponto em que conseguimos determinar um destes cenários”, diz Brigitte Knapmeyer-Endrun, da Universidade de Colónia, na Alemanha, que liderou o estudo da estrutura da crosta com Mark Panning.

Contudo, o enorme núcleo de Marte pode dificultar bastante a deteção de determinados tipos de sismos. Entre os lugares sismicamente mais promissores de Marte está a dramática região de Tharsis, que abriga o Monte Olimpo e outros vulcões inativos maciços, bem como fissuras e fendas de aparência geologicamente jovem. O núcleo de Marte é grande o suficiente para impedir que as ondas-S de Tharsis cheguem à InSight, evitando que a sonda consiga detetar quaisquer sismos nessa região.

Talvez existam mais surpresas sísmicas noutros locais de Marte. A InSight ainda está a recolher dados e com a missão agora prolongada até ao final de 2022 os investigadores esperam observar mais tremores – e vislumbres mais diretos sobre o enorme coração metálico do planeta vermelho, indo para além do que seria possível observar a partir de órbita.

“Estamos realmente a interpretar o interior do planeta de uma forma que vai para além das observações a partir do espaço”, diz Simon Stähler. “Agora temos realmente uma base sólida.”
 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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