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Padrão de oxigênio observado em Marte intriga cientistas

Após detectar pico inusitado de metano no planeta vermelho, o jipê robô Curiosity, da Nasa, encontrou padrões de gás oxigênio que não podem ser explicados pela química atual

Jipe Curiosity da Nasa, em Marte. Foto: Nasa/JPL

Pela primeira vez na história da exploração espacial, cientistas mediram as mudanças sazonais nos gases da atmosfera diretamente acima da Cratera Gale, em Marte. O resultado mostrou algo estranho: o oxigênio — gás que muitas criaturas da Terra usam para respirar — se comporta de uma forma que, até agora, não é possível de explicar através dos processos químicos conhecidos pela ciência.

Ao longo de três anos de Marte (quase seis anos terrestres), um instrumento do conjunto experimental Sample Analysis at Mars (SAM), que fica dentro da barriga do jipe robô Curiosity da Nasa, inalou o ar da Cratera Gale e analisou sua composição. Os resultados obtidos pelo SAM confirmaram a composição da atmosfera marciana na superfície: 95% em volume de dióxido de carbono (CO2), 2,6% de nitrogênio molecular (N2), 1,9% de argônio (Ar), 0,16% de oxigênio molecular (O2), e 0,06% de monóxido de carbono (CO). Eles também revelaram como as moléculas no ar marciano se misturam e circulam com as mudanças na pressão do ar ao longo do ano. Essas mudanças são causadas quando o gás CO2 congela nos polos durante inverno, diminuindo a pressão em todo o planeta, já que o ar se redistribui para manter o equilíbrio da pressão. Quando o CO2 evapora na primavera e no verão e se mistura ao longo do planeta, a pressão do ar aumenta.

Nesse ambiente, os cientistas descobriram que o nitrogênio e o argônio seguem um padrão sazonal previsível, com suas concentrações aumentando e diminuindo na Cratera Gale ao longo do ano em relação à quantidade de CO2 existente no ar. Eles esperavam que acontecesse o mesmo com o oxigênio. Mas não foi isso que verificaram. Em vez disso, a quantidade do gás no ar aumentou em toda a primavera e no verão em até 30%, voltando aos níveis previstos pela química conhecida no outono. Esse padrão se repetiu a cada primavera, embora a quantidade de oxigênio adicionada à atmosfera variasse, implicando que algo estava produzindo e retirando o gás.

“Na primeira vez que observamos o fenômeno, foi chocante”, diz Sushil Atreya, professor de ciências climáticas e espaciais da Universidade de Michigan em Ann Arbor. Atreya é coautor de um artigo sobre o assunto publicado em 12 de novembro no Journal of Geophysical Research: Planets.

Assim que os cientistas descobriram esse “enigma do oxigênio”, especialistas em Marte começaram a procurar por uma explicação. Primeiro, eles checaram duas vezes a precisão do instrumento usado para fazer as medições: o espectrômetro de massa Quadrupole. O instrumento estava trabalhando bem. Eles então consideraram a possibilidade de que moléculas de CO2 ou de água (H2O) pudessem liberar oxigênio quando se separaram na atmosfera, levando ao aumento de curto prazo. Mas seria necessário cinco vezes mais água acima de Marte para produzir esse oxigênio extra, e o CO2 se decompõe muito lentamente para gerá-lo em tão pouco tempo. E o que explica a diminuição do oxigênio? Poderia a radiação solar quebrar as moléculas de oxigênio em dois átomos, que posteriormente seriam liberados no espaço? Não, concluíram os cientistas, já que levaria pelo menos 10 anos para o oxigênio desaparecer por esse processo.

“Estamos com dificuldades para encontrar uma explicação”, diz Melissa Trainer, cientista planetária do Centro de Voos Espaciais Goddard da Nasa em Greenbelt, Maryland, que liderou a pesquisa. “O fato de o comportamento do oxigênio não ser perfeitamente reproduzível a cada estação nos faz pensar que não é um problema que tem a ver com a dinâmica atmosférica. Tem que haver uma fonte química que ainda não conseguimos explicar”.

Para os cientistas que estudam Marte, essa história do oxigênio é curiosamente parecida com a do metano. O metano está constantemente no ar da Cratera Gale, mas em quantidades tão pequenas (0,00000004%, em média) que dificilmente se pode discerni-lo, mesmo com os instrumentos mais sensíveis enviados ao planeta. Ainda assim, o gás foi medido pelo espectrômetro laser ajustável do SAM. O instrumento revelou que, embora o metano aumente e diminua sazonalmente, ele aumenta em abundância em cerca de 60% nos meses de verão por razões inexplicáveis. (Na verdade, o metano também aumenta de forma aleatória e dramática. Os cientistas estão tentando descobrir o porquê.)

Com as novas descobertas sobre o oxigênio, a equipe de Trainer se pergunta se uma química semelhante à que está impulsionando as variações sazonais naturais do metano também poderia ser responsável por gerar o oxigênio. Pelo menos ocasionalmente, os dois gases parecem variar em conjunto.

“Estamos começando a ver essa correlação tentadora entre o metano e o oxigênio durante boa parte do ano em Marte”, diz Atreya. “Acho que há algo a mais nisso. Eu só não tenho as respostas ainda. Ninguém tem.”

O oxigênio e o metano podem ser produzidos tanto biologicamente (a partir de microrganismos, por exemplo) como abioticamente (a partir de produtos químicos relacionados à água e a rochas). Os cientistas estão considerando todas essas opções, embora não haja nenhuma evidência convincente de atividade biológica em Marte. O Curiosity não possui instrumentos que possam dizer definitivamente se a fonte do metano ou do oxigênio em Marte é biológica ou geológica. Os cientistas acreditam que explicações não biológicas sejam mais prováveis e estão trabalhando cuidadosamente para entendê-las por completo.

A equipe de Trainer considerou o solo marciano como uma fonte de oxigênio extra na primavera. Afinal, se sabe que o solo do planeta de fato é rico do elemento, na forma de compostos como peróxido de hidrogênio e percloratos. Um experimento realizado pelas sondas das missões Vikings mostrou, décadas atrás, que o calor e a umidade podem liberar oxigênio do solo marciano. Mas esse experimento ocorreu em condições bem diferentes do ambiente da primavera de Marte, e não explica a queda de oxigênio, entre outros problemas. Outras explicações possíveis também não são suficientes, por enquanto. A radiação de alta energia do solo poderia, por exemplo, produzir O2 extra no ar, mas levaria um milhão de anos para acumular oxigênio suficiente no solo para explicar o aumento medido em apenas uma primavera, segundo o artigo.

“Ainda não conseguimos chegar a um processo que produza a quantidade de oxigênio necessária, mas acreditamos que deve haver algo no solo superficial que muda sazonalmente, porque não há átomos de oxigênio disponíveis na atmosfera suficientes para causar o comportamento que observamos”, diz Timothy McConnochie, cientista da Universidade de Maryland em College Park e coautor do artigo.

As únicas naves espaciais anteriores com instrumentos capazes de medir a composição do ar marciano perto do solo foram as sondas Vikings da Nasa, que chegaram ao planeta em 1976. Porém, os experimentos Viking cobriram apenas alguns dias marcianos, e não conseguiram revelar padrões sazonais dos diferentes gases. As novas medidas do aparelho SAM são as primeiras a fazê-lo. A equipe do SAM continuará a medir os gases atmosféricos para que os cientistas possam coletar dados mais detalhados ao longo de cada estação. Enquanto isso, Trainer e sua equipe esperam que outros especialistas trabalhem para resolver o mistério do oxigênio.

“É a primeira vez que vemos esse comportamento interessante ao longo de vários anos. Não o entendemos totalmente”, diz Trainer. “Para mim, esta é uma chamada aberta a todas as pessoas inteligentes que estão interessadas: veja que ideia você pode sugerir.”

NASA