Meteoritos marcianos rastreados até à maior estrutura vulcânica do sistema solar

Estas rochas provavelmente foram ejetadas da cratera Tooting há mais de um milhão de anos e agora estão a ajudar os cientistas a descortinar o passado turbulento do planeta vermelho.

Publicado 24/11/2021, 11:38
Meteoritos marcianos

As cores neste mapa global de Marte representam áreas com crateras de diferentes tamanhos. Ao identificar cerca de 90 milhões de pequenas crateras de impacto, os investigadores conseguiram calcular as idades de diferentes partes de Marte e, de seguida, rastrear um grupo de meteoritos até uma cratera específica.

Fotografia de Lagain et al. (2021), Nature Communications

Há cerca de um milhão de anos, um asteroide colidiu com a superfície tranquila de Marte. O impacto libertou uma nuvem de destroços e alguns fragmentos rochosos foram projetados para a atmosfera, escapando da gravidade do planeta para viajar pela escuridão do espaço.

Algumas destas rochas encontraram eventualmente o seu caminho até à Terra e sobreviveram ao mergulho através da atmosfera do nosso planeta para colidir na superfície – incluindo um fragmento de sete quilos que caiu em Marrocos em 2011. Agora conhecidos pelos cientistas por “shergottites esgotados”, esta coleção de mais de uma dúzia de rochas espaciais constituem uma parte intrigante dos 317 meteoritos marcianos de que há conhecimento no nosso planeta – o único material de Marte existente na Terra.

Determinar qual é a região de Marte de onde vieram estes meteoritos é uma parte integral para desvendar a história do planeta, mas está a revelar-se um enorme desafio científico. Agora, com a ajuda de um programa de aprendizagem automática de contagem de crateras, uma equipa de investigadores que estuda os shergottites esgotados pode finalmente ter desvendado o caso: a equipa concluiu que estes projéteis geológicos vieram de uma cratera específica, no topo de Tharsis, a maior província vulcânica do sistema solar.

Este antigo colosso vulcânico em Marte está adornado por milhares de vulcões individuais e estende-se por uma área três vezes superior à área continental dos Estados Unidos. O vulcão foi forjado ao longo de milhares de milhões de anos por inúmeras injeções de magma e fluxos de lava – e é tão pesado que, enquanto se estava a formar, rodou efetivamente o planeta em 20 graus.

Se os meteoritos vierem realmente de Tharsis, como sugere a análise publicada na Nature Communications, então os cientistas têm em sua posse os meteoritos que podem ajudar a identificar as forças infernais que alimentaram a construção de um vulcão capaz de inclinar mundos.

“Isto pode realmente mudar o paradigma sobre a forma como compreendemos Marte”, diz Luke Daly, especialista em meteoritos da Universidade de Glasgow, que não participou no estudo.

Pistas meteóricas

A maioria dos meteoritos marcianos está numa categoria chamada shergottites, em homenagem à cidade indiana de Sherghati, onde foi avistado um meteorito a cair do céu em 1865. Os shergottites são todos rochas vulcânicas com composições semelhantes, mas alguns deles, os shergottites empobrecidos, possuem uma assinatura química estranha.

Em Marte, determinados elementos como o neodímio e o lantânio não se ligam bem aos minerais no manto, a parte sólida, mas pastosa, do planeta que fica por baixo da crosta. Os shergottites empobrecidos não têm estes elementos – daí o nome “empobrecido” – sugerindo que vêm do manto de Marte.

Portanto, como é que estas rochas chegaram sequer perto da superfície do planeta para serem projetadas num impacto? Na Terra, a rocha do manto pode chegar à superfície de duas maneiras: quando duas placas tectónicas se afastam e permitem ao manto emergir, ou quando uma fonte de matéria superquente do manto, conhecida por pluma, surge das profundezas. Aparentemente, Marte nunca teve placas tectónicas, pelo que uma pluma de manto é o cenário mais provável.

Os cientistas também sabem que todas as rochas vieram de um local vulcânico relativamente jovem – talvez de uma pilha de depósitos de fluxo de lava – com base na decomposição radioativa de elementos específicos nos meteoritos.

Se todas estas rochas vulcânicas vieram de um só impacto, então deve ter sido uma colisão muito poderosa, abrindo uma cratera com pelo menos três quilómetros de diâmetro e potencialmente muito maior. E a cratera devia ter cerca de 1.1 milhões de anos, já que os raios cósmicos que bombardearam e alteraram as superfícies dos meteoritos revelam o tempo que estes viajaram pelo espaço após o impacto.

Apesar de todas estas pistas, rastrear estes pedaços de rocha marciana até ao seu local de origem tem sido extremamente difícil. São como peças individuais de um puzzle que foram separadas de todas as outras peças – e sem saber como era o seu ambiente original, é quase impossível colocá-las numa parte específica do planeta.

“Enquanto geólogos, registamos muitas informações sobre os locais de onde recolhemos amostras de rochas, porque o contexto é importante”, diz Áine O’Brien, doutoranda que estuda meteoritos marcianos na Universidade de Glasgow, que também não participou no estudo. “No caso dos meteoritos marcianos, como não conhecemos o contexto, precisamos de uma avaliação muito bem fundamentada sobre o que aconteceu para a sua formação.”

E, para fazer essa avaliação, os cientistas usaram uma ferramenta que é nova na ciência planetária: a aprendizagem automática.

Uma cratera entre milhões

A única forma de determinar em definitivo a idade da superfície de um planeta é através de uma amostra física e do estudo dos seus compostos radioativos. Mas até que a NASA e a campanha Mars Sample Return da Agência Espacial Europeia tragam algumas rochas marcianas imaculadas de regresso à Terra na década de 2030, os investigadores dependem de uma técnica conhecida por contagem de crateras para estimar a idade das superfícies.

Na Terra, os ventos fortes, a água a fluir, a lava em erupção e uma cornucópia de seres vivos desgastam rapidamente as antigas crateras de impacto. Em Marte é diferente, porque é um mundo geologicamente comatoso, com ventos fracos e sem água à superfície. No planeta vermelho, crateras de tamanhos consideráveis permanecem intactas durante centenas ou até milhares de milhões de anos. Partindo do princípio que a taxa de impactos ao longo do tempo é conhecida, uma superfície de Marte com mais crateras pode ser mais antiga do que outra com menos crateras.

Os cientistas podem usar outras alternativas para deduzir a idade de uma cratera. “Quando um asteroide atinge a superfície, há um monte de detritos que é ejetado”, diz Anthony Lagain, geólogo planetário da Universidade Curtin e autor principal do novo estudo. Os pedaços que caem em Marte impactam a superfície e formam pequenas crateras secundárias em torno da cratera original. Mesmo em Marte, estas crateras secundárias sofrem com a erosão do vento ao longo de milhões de anos, portanto, qualquer cratera enorme que esteja rodeada por crateras secundárias deve ter sido feita muito recentemente na história do planeta.

“Para termos uma noção melhor das idades, precisamos de identificar as crateras mais pequenas”, diz Gretchen Benedix, especialista em astrogeologia da Universidade Curtin e coautora do estudo. Os impactos mais pequenos são mais comuns do que os maiores, pelo que podemos usar pequenas diferenças no número de crateras mais pequenas em duas superfícies para calcular cronogramas mais detalhados.

Para descobrir se uma das crateras tinha exatamente 1.1 milhões de anos, a equipa precisou de catalogar as pequenas crateras de Marte e usá-las para datar com precisão a superfície do planeta. Este processo, se fosse realizado manualmente, teria sido uma tortura. Em vez disso, os investigadores colocaram imagens orbitais de Marte num programa de aprendizagem automática e treinaram o sistema para encontrar crateras com 500 metros de comprimento.

O programa encontrou rapidamente cerca de 90 milhões de crateras, diz Kosta Servis, cientista de dados da Universidade Curtin e coautor do estudo. Com este cronograma das crateras, a equipa pode começar a estreitar as possíveis origens dos shergottites esgotados.

Fragmentos de um titã vulcânico

Depois de examinar os dados, a equipa identificou 19 crateras grandes em regiões vulcânicas de Marte que estavam rodeadas por várias crateras secundárias – um sinal de que estas cicatrizes planetárias podiam ser tão recentes quanto a cratera de 1.1 milhões de anos que procuravam. Com o catálogo de 90 milhões de pequenas crateras, os investigadores conseguiram datar com precisão os mantos de detritos que irradiaram das crateras maiores, revelando estimativas mais precisas sobre as suas idades.

Algumas das crateras tinham mais ou menos a idade certa, mas era preciso mais. A idade de formação do terreno circundante também tinha de coincidir com a idade dos minerais encontrados nos meteoritos. Para o verificar, a equipa usou novamente o seu catálogo de crateras para datar as planícies vulcânicas.

Entre as 19 crateras grandes, apenas duas eram depósitos vulcânicos jovens escavados por um evento de impacto há 1.1 milhões de anos: a cratera 09-00015 e a cratera Tooting. Esta última (nomeada em homenagem a um distrito de Londres) parece ter sido formada por um forte impacto oblíquo – o tipo de colisão que projetaria muitos meteoritos para o espaço.

“A cratera Tooting tem um tipo especial de depósito material que foi ejetado em várias camadas, sugerindo que havia gelo ou água ali perto no momento do impacto”, diz Peter Grindrod, cientista planetário do Museu de História Natural de Londres, que não esteve envolvido no estudo. As simulações de impacto mostram que o gelo e a água podem gerar mais detritos, muitos dos quais, se receberem impulso suficiente, podem escapar para o espaço.

Com todas estas evidências, a equipa identificou a cratera Tooting, com 30 quilómetros de extensão, como a principal suspeita para a origem dos shergottites esgotados. “É um argumento muito bem elaborado”, diz Luke Daly. “Parece que encaixa tudo.”

Os cientistas ainda não descartaram completamente a cratera 09-00015, mas o importante é que ambas as crateras “estão na região de Tharsis, onde se acredita que um vasto ponto quente, ou superpluma, tenha produzido aquela protuberância maciça na superfície de Marte”,  diz Peter Grindrod. Independentemente de qual seja a cratera específica de onde vieram os meteoritos, ambas podem contar mais sobre a história da maior região vulcânica de Marte.

O processo de contagem de crateras já tinha revelado que algumas das características de Tharsis foram feitas há mais de 3.7 mil milhões de anos, mas os meteoritos encontrados na Terra têm apenas algumas centenas de milhões de anos. Isto sugere que a superpluma de Tharsis é quase tão antiga quanto o próprio planeta vermelho, e que continuou a produzir magma muito tempo depois de muitos outros centros vulcânicos do planeta terem desaparecido.

Tal como as plumas da Terra, as plumas do manto de Marte ajudaram a moldar a evolução da superfície do planeta, com erupções de enormes volumes de gases que alteraram a atmosfera enquanto mudavam drasticamente a topografia do planeta. A superpluma de Tharsis pode ter tido uma influência quase contínua no desenvolvimento do planeta vermelho.

Longe vão os tempos de erupções frequentes em Marte, mas o vulcanismo prolongado de Tharsis reforça a noção de que mesmo os planetas mais pequenos, aqueles que deviam ter perdido o seu calor interno há éons, podem permanecer vulcanicamente ativos durante muito mais tempo do que se pensava

Descodificar as crateras de outros mundos

Estimulada pela descoberta, a equipa de Anthony Lagain espera identificar as crateras originárias de outros meteoritos marcianos, incluindo alguns dos mais antigos, que podem revelar mais sobre o passado repleto de água de Marte.

Contudo, as implicações deste estudo estão dependentes do funcionamento correto do programa de aprendizagem automática na contagem das crateras. A contagem de crateras está repleta de dificuldades: a taxa de impactos ao longo do tempo, por exemplo, é estimada, e as pequenas estruturas circulares em Marte que se assemelham a crateras podem enganar um programa de computador.

“A aprendizagem automática é uma forma realmente criativa de tentar resolver este problema”, diz Lauren Jozwiak, vulcanóloga planetária do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, que não participou no estudo. “Espero que este método funcione porque, se funcionar, seria muito interessante tentar aplicá-lo a outros planetas.”

Os autores do estudo concordam. “Marte é fascinante”, diz Gretchen Benedix. “Mas este algoritmo e metodologia não se aplicam apenas a Marte. Podemos usar na lua ou em Mercúrio.”

Se a aprendizagem automática tiver realmente resolvido este mistério de longa data sobre os meteoritos, então abre a porta para todos os tipos de possibilidades que nunca sonhámos. “Sem dúvida, estamos apenas a começar a ver as implicações da aprendizagem automática na ciência planetária”, diz Peter Grindrod.
 

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

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