No passado dia 27 de Novembro, a plataforma Insight (Interior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport – Exploração do interior mediante investigações sísmicas, geodesia e transporte de calor) converteu-se na oitava missão da NASA a aterrar na superfície de Marte. Insight, uma missão concebida para ser uma missão low cost terminou a custar cerca de 850 milhões de dólares, foi inspirada pelo design da nave e da plataforma da missão Phoenix, que chegou com êxito a Marte em 2008. Desta vez, trata-se de um explorador geofísico que estudará, ao longo de um ano marciano (sensivelmente dois anos terrestres), a estrutura e os processos geofísicos do interior de Marte, o que ajudará a entender a formação dos planetas rochosos do Sistema Solar. O local eleito para a aterragem é uma zona do hemisfério norte marciano cerca do equador denominada de Elysium Planitia.

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Crédito: Insight – NASA/JPL/Caltech

Marte é o candidato ideal para este estudo: é suficientemente grande para ter sofrido a maior parte dos processos iniciais que deram forma aos planetas rochosos (Mercúrio, Vénus, Terra e Marte); mas é também suficientemente pequeno para ter conservado as marcas desses processos geofísicos durante os seguintes 4.000 milhões de anos (ao contrário da Terra, que perdeu essas marcas devido à tectónica de placas e aos processos convectivos do manto). Essas marcas estão na espessura da crosta e na estratificação global, no tamanho e na densidade do núcleo, na estratificação e na densidade do manto. Ao ritmo que o calor escapa do seu interior proporciona, também, informação valiosa sobre a energia que controla os processos geológicos. Podemos portanto fazer planetologia comparativa: estudando a fundo Marte compreenderemos melhor o nosso próprio planeta.

Para averiguar como é o interior de Marte, a Insight vai provida de três instrumentos principais: o sismógrafo francês SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure – Experiência Sísmica para o Estudo do Interior), o perfurador HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package – Sensores do Fluxo Térmico e Propriedades Físicas) e o instrumento RISE (Rotation and Interior Structure Experiment – Experiência de Rotação e da Estrutura Interior).

InSight
Crédito: Primeira selfie da InSight, tirada a 28 de Novembro, sol 0.

O sismógrafo SEIS consiste numa massa suspensa de uma doca capaz de detectar movimentos tão pequenos da massa como a milionésima parte de um metro. Graças à elevada precisão deste instrumento pode-se estudar a propagação das ondas sísmicas até à sua origem na superfície marciana. O SEIS será capaz de detectar terramotos produzidos por falhas e outros movimentos de massas da crosta marciana, assim como a influência da atmosfera e impactos de meteoritos nas imediações da zona de aterragem.

O perfurador HP, construído pela DLR (agência Espacial Alemã), trata-se de um instrumento que irá perfurar entre três e cinco metros abaixo da superfície de Marte para medir a gradiente de temperatura da crosta, obtendo dessa forma o fluxo térmico de Marte emitido, um dado chave para selecionar que modelos do interior do planeta são válidos e, por isso, permitirá a calibração das medidas do instrumento SEIS. Também nos dará respostas sobre as possíveis massas de água líquida ou de gelos com alto conteúdo de metano que podem estar no subsolo marciano.

O instrumento RISE utilizará o sinal da banda X do sistema de comunicações da Insight para permitir definir a posição da Insight em relação à Terra com uma precisão de 10 centímetros. Isso permitirá medir a flutuação da inclinação do eixo de rotação marciano e o seu movimento de precessão, um dado que depende da estrutura interna do planeta, especialmente do tamanho e da densidade do núcleo.

A bordo também viaja a estação meteorológica espanhola TWINS (Figura 1), a cargo do Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) e construída pela empresa Crisa. A TWINS (Temperature and Wind for Insight – Ventos e e Temperatura para a Insight) é inspirada pela estação REMS (Rover Environmental Monitoring Station – Estação de Monitorização Ambiental do Rover) do Curiosity e está composta por sensores para medir a temperatura do ar, velocidade e direcção do vento. A TWINS consiste em dois sensores de vento capazes de caracterizar a sua direcção e velocidade; e dois sensores da temperatura do ar.

InSight
Figura 1. Primer selfie de la sonda InSight. La estación meteorológica TWINS son los dos mástiles blancos (Crédito: NASA/JPL-Caltech).

É importante recordar que Marte apresenta muitos dos fenómenos meteorológicos que se produzem na Terra como: circulação atmosférica, estações associadas à obliquidade planetária (vulgo designadas estações do ano), frentes em superfície, nuvens de condensação de vapor de água e dióxido de carbono, tempestades de pó e remoinhos de pó conhecidos como dust devils (demónios de pó). A temperatura média do ar em Marte perto da superfície é cerca de ~-55ºC, com algumas variações desde os ~+5ºC de máxima em regiões próximas ao equador até os ~-120ºC de mínima nas calotas polares.

InSight
Crédito: Tempestade de poeira aproximando-se – 19/07/2018 – ESA/DLR/FU Berlin

As tarefas que a TWINS vai desempenhar são extremamente importantes para os objectivos da missão Insight. Durante a fase inicial da missão (os primeiros meses), a TWINS irá caracterizar o ambiente térmico e os padrões de vento da zona de aterragem, para que o equipamento científico a cargo dos dois instrumentos principais (SEIS e HP3) possa estabelecer quais as melhores condições para realizar a colocação dos instrumentos na superfície marciana. Uma vez instalados os instrumentos principais na superfícies, a TWINS irá encarregar-se de monitorizar os ventos, com o objectivo de descartar falsos positivos nos eventos sísmicos detectados pelo instrumento SEIS. Por último, os dados meio-ambientais obtidos pela TWINS irão comparar-se e serão correlacionados com os dados ambientais registados pela REMS, a outra estação meio-ambiental espanhola em Marte, a bordo do rover Curiosity da NASA na cratera Gale (a 600km da zona de aterragem da InSight), o que irá contribuir para uma caracterização com maior detalhe os processos atmosféricos em Marte e ajudar a melhorar os modelos ambientais.

A diferença entre a cratera Gale e a Elysium Planitia, é que na cratera Gale a camada atmosférica mais perto do solo está muito debilitada (não é muito alta) limitando a turbulência e impedindo a formação de dust devils, enquanto na Elysium Planitia essa camada está muito mais expandida, e deverá ser um sítio perfeito para a sua formação. Desde logo este será um dos objectivos mais importantes da missão InSight.

Os dust devils, que se produzem tanto na Terra como em Marte são produzidos por processos turbulentos convectivos quando uma forte irradiação solar aquece uma zona do solo mais do que zonas próximas (recordemo-nos que a superfície de Marte tem uma composição irregular e existem zonas que aquecem mais do que outras), fazendo com que as massas de ar dessa zona do solo mais quente (pesam menos) ascendam por flutuabilidade, aumentando a instabilidade e a turbulência, criando uma uma baixa pressão directamente abaixo. Esta zona de baixa pressão atrai as zonas mais próximas acelerando o vento na superfície e fazendo com que a bolsa de ar comece a rodar arrastando o pó da superfície e incorporando-o no remoinho que daí resulta.

dust devils
Crédito: NASA/JPL/Texas A&M. Este filme mostra vários “Dust Devils”, na Mars’ Gusev Crater, a partir de um ponto de vantagem conseguido pela NASA’s Mars Exploration Rover Spirit, durante o sol 543, a 13 de Julho de 2005. Os frames do vídeo foram captados ao longo de 12 minutes e 17 segundos.
Crédito: NASA/JPL/Texas A&M. Este filme mostra vários “Dust Devils”, na Mars’ Gusev Crater, a partir de um ponto de vantagem conseguido pela NASA’s Mars Exploration Rover Spirit, durante o sol 532, a 2 de Julho de 2005. Os frames do vídeo foram captados ao longo de 8 minutes e 42 segundos.

E porque são tão importantes os dust devils? Pois bem, os dust devils têm um papel fundamental na manutenção da quantidade de pó atmosférico já que são os principais “injectores” de pó na atmosfera marciana. O pó é um dos personagens principais que influencia fortemente a variabilidade atmosférica. O pó em suspensão na atmosfera de Marte é tão fino, que quase poderíamos falar de “fumo” de pó. Este pó tem um grande impacto na atmosfera: o pó exerce um papel de anti-efeito de estufa sobre a radiação visível (que provém do Sol), mas que tem um efeito contrário quanto à radiação infrarvermelha do solo. Portanto, um aumento da quantidade de pó atmosférico reduz o fluxo entrante de radiação solar mas aumenta o fluxo ascendente do infravermelho. O resultado final é uma diminuição da amplitude térmica diurna da temperatura tanto do ar como do solo de quase 20ºC, aumentando as temperaturas noturnas e diminuindo as diurnas. Esta alteração das temperaturas também tem um efeito na pressão atmosférica e nos ventos, os responsáveis tanto pelo transporte de pó na atmosfera como pela injecção de pó na atmosfera retroalimentando o processo, fechando o circuito.

Spirit Dust Devil
Crédito: NASA/JPL/Texas A&M. Este filme mostra vários “Dust Devils”, na Mars’ Gusev Crater, a partir de um ponto de vantagem conseguido pela NASA’s Mars Exploration Rover Spirit, durante o sol 543, a 13 de Julho de 2005. Os frames do vídeo foram captados ao longo de 8 minutos e 21 segundos.

Por último é de mencionar que se afinal a missão InSight se prolonga mais de dois anos, Espanha irá converter-se a primeira nação da história com mais estações meteorológicas (concretamente três) a tomar medidas em simultâneo num corpo extraterrestre: REMS, TWINS e MEDA (quer irá viajar para o planeta vermelho na próxima missão da NASA, o rover Mars2020).

Crédito: Mars Clouds – NASA/JPL/Malin Space Science Systems (Nuvens de cristais de gelo de água)

**Nota: Este texto foi escrito por Jorge Pla-Garcia e traduzido para Português pela cientista Joana Neto Lima.

***Aceite a sugestão do Bit2Geek e leia Como funciona o Rover Mars 2020? O que vai procurar em Marte?

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Jorge Pla-García é investigador no Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA, associado ao NASA Astrobiology Institute) e investigador associado do Space Science Institute (SSI) em Boulder, Colorado (USA).   Actualmente é membro de quatro equipas científicas de missões da NASA ao planeta vermelho: instrumento meteorológico REMS (Mars Science Laboratory – Curiosity rover), instrumento TWINS (InSight) e instrumento MEDA e Projecto Conselho de Atmosferas (ambos da missão Mars2020). Também trabalhou na missão ExoMars 2020 da Agência Espacial Europeia (ESA) no desenvolvimento do instrumento RLS (Raman Laser Spectrometer).   É Engenheiro Superior Informático pela Universidad Pontifica de Salamanca e tem Mestrados em Ciência e Tecnologia desde o Espaço pela Univerdad de Alcalá, Astronomia e Astrofísica na Valencian International University, Meteorologia e Geofísica na Universidad Complutense de Madrid. É Doutorado em Astrofísica pela Universidad Complutense de Madrid com o título “Mesoscale Meteorological Modeling of Mars mission environments”.   Nos últimos cinco anos tem estado a trabalhar em estudos meteorológicos da Cratera Gale (zona de Marte onde o rover Curiosity aterrou), tem estado a trabalhar também em simulações das condições atmosféricas esperadas para o dia de aterragem da futura missão da NASA, MARS 2020 a fim de minimizar os riscos durante a etapa de entrada atmosférica, descida e aterragem.   É também uma das poucas pessoas que tem o privilégio e a grande responsabilidade de operar o instrumento REMS que está no rover Curiosity, a partir da Terra.