A cor vermelha de Marte é apenas milímetros de espessura

Esta duna de areia, conhecida como Dingo Gap, foi atravessada pela Mars Curiosity em 2014. Esta imagem foi ligeiramente 'equilibrada em branco' ao invés de ser mostrada em cores verdadeiras, o que permite as diferenças nas composições e cores intrínsecas das características e rochas na superfície para ser visto com mais clareza. (NASA/JPL-CALTECH/MSSS)



Uma pequena camada de poeira microscópica é a única razão pela qual ela parece vermelha.


Quando olhamos para o nosso planeta Terra do espaço, vemos uma infinidade de cores diversas. O céu em si é azul, pois a atmosfera espalha preferencialmente a luz azul de comprimento de onda mais curto em todas as direções, dando à nossa atmosfera sua cor característica. Os próprios oceanos são azuis, pois as moléculas de água absorvem melhor a luz vermelha de comprimento de onda mais longo do que a luz azul. Enquanto isso, os continentes aparecem marrons ou verdes, dependendo da vegetação (ou falta dela) que ali cresce, enquanto as calotas polares e as nuvens sempre aparecem brancas.

Mas em Marte, uma cor domina: vermelho. O chão é vermelho: vermelho em todos os lugares. As planícies são vermelhas; as terras altas são vermelhas; os leitos secos dos rios são vermelhos; as dunas de areia são vermelhas; é tudo vermelho. A própria atmosfera também é vermelha em todos os locais que podemos medi-la. A única exceção parece ser as calotas polares e as nuvens, que são brancas, embora com um tom avermelhado observado da Terra. No entanto, surpreendentemente, a vermelhidão de Marte é incrivelmente superficial; se você cavar apenas um pouquinho abaixo da superfície, a vermelhidão desaparece. Aqui está a história científica por trás do que torna o planeta vermelho tão vermelho.



Marte, juntamente com sua fina atmosfera, fotografada do orbitador Viking na década de 1970. A atmosfera vermelha brilhante é devido à presença de poeira marciana na atmosfera, e a composição das rochas de Marte foi descoberta pela primeira vez pelas sondas Viking. (NASA/VIKING 1)

Do espaço, não há como negar a aparência vermelha de Marte. Por toda a história registrada em uma ampla variedade de idiomas, a vermelhidão de Marte tem sido sua característica mais proeminente. Mangala, a palavra sânscrita para Marte, é vermelho. Har decher, seu antigo nome em egípcio, significa literalmente vermelho. E à medida que avançamos na era espacial, fotos que distinguem a superfície da atmosfera mostram claramente que o ar acima de Marte tem uma cor intrinsecamente vermelha.

Na atmosfera da Terra, o espalhamento Rayleigh domina, lançando luz azul em todas as direções enquanto a luz vermelha viaja relativamente imperturbável. No entanto, a atmosfera de Marte tem apenas 0,7% da espessura da da Terra, tornando a dispersão de Rayleigh das moléculas de gás na atmosfera de Marte um efeito insignificante. Em vez disso, as partículas de poeira na atmosfera marciana dominam (provavelmente) de duas maneiras:



  • maior absorção em comprimentos de onda ópticos curtos (400-600 nm) do que em comprimentos de onda mais longos (600+ nm),
  • e que partículas de poeira maiores (~3 mícrons e maiores) espalham luz de comprimento de onda mais longo com mais eficiência do que partículas de gás atmosférico espalham luz de comprimento de onda mais curto do espalhamento Rayleigh.

Em comparação com a irradiância recebida na superfície da Terra, a luz recebida na superfície de Marte é severamente suprimida em comprimentos de onda mais curtos (mais azuis). Isso é consistente com pequenas partículas de poeira de hematita suspensas na atmosfera marciana, com a opacidade aumentando com o aumento da densidade da poeira. (J.F. BELL III, D. SAVRANSKY, & M.J. WOLFF, JGR PLANETS, 111, E12 (2006))

Se você observar detalhadamente a poeira atmosférica suspensa em Marte e perguntar como é, a resposta é incrivelmente informativa. Apenas observando suas propriedades espectrais - ou como isso afeta a luz - podemos ver que a poeira é muito semelhante às regiões de Marte que:

  • são de alta refletividade,
  • representam depósitos de solo brilhante,
  • e são ricos em ferro: ou seja, contendo grandes quantidades de óxidos férricos.

Quando olhamos para a poeira em detalhes, particularmente com o instrumento OMEGA na missão Mars Express da ESA , descobrimos que o tipo mais comum de poeira vem da hematita vermelha nanocristalina, que tem a fórmula química α-Fe2O3. As partículas que compõem essa hematita são pequenas: entre cerca de 3 e 45 mícrons de diâmetro. Esse é o tamanho e a composição certos para que os rápidos ventos marcianos, que normalmente sopram a velocidades próximas a ~100 km/h, varrem continuamente grandes quantidades de poeira para a atmosfera, onde permanece razoavelmente bem misturado, mesmo quando não há tempestade de poeira.

A mesma imagem composta panorâmica, tirada pelo Opportunity, mostrada com duas atribuições de cores diferentes. A imagem superior está em cores verdadeiras, como os olhos humanos veriam Marte, enquanto a parte inferior está em cores falsas aprimoradas para contraste de cores. (NASA / JPL-CALTECH / CORNELL / ARIZONA STATE UNIV.)

Quando olhamos para a própria superfície marciana, no entanto, a história fica muito mais interessante. Desde que começamos a examinar a superfície marciana em detalhes – primeiro de missões em órbita e, depois, de aterrissadores e rovers – percebemos que as características da superfície mudariam com o tempo. Em particular, notamos que havia áreas mais escuras e áreas mais claras, e que as áreas escuras evoluiriam em um padrão específico:

  • eles começariam escuro,
  • eles ficariam cobertos de poeira que suspeitamos ser das áreas mais claras,
  • e então eles voltariam a ser escuros mais uma vez.

Por muito tempo, não sabíamos o porquê, até que começamos a perceber que as áreas escuras que mudam tinham algumas coisas em comum, principalmente quando comparadas às áreas escuras que não mudavam. Em particular, as áreas escuras que mudaram ao longo do tempo tinham elevações relativamente mais baixas e declives menores, e eram cercadas por áreas mais claras. Por outro lado, as áreas escuras de maior elevação, inclinação mais acentuada e muito grandes não mudaram dessa maneira ao longo do tempo.

Em Marte, as estruturas de rocha nua retêm o calor muito melhor do que as estruturas semelhantes à areia, o que significa que elas parecerão mais brilhantes à noite, quando vistas no infravermelho. Uma variedade de tipos e cores de rochas pode ser vista, pois a poeira adere a algumas superfícies muito melhor do que outras. De perto, fica muito claro que Marte não é um planeta uniforme. (NASA/JPL-CALTECH/MSSS, MARS CURIOSITY ROVER)

Era uma dupla de cientistas - um dos quais era Carl Sagan - quem desvendou a solução : Marte é coberto com uma camada dessa poeira fina e arenosa que é impulsionada pelos ventos por toda a superfície marciana. Essa areia é soprada de uma área para outra, mas é mais fácil para essa poeira:

  • percorrer distâncias curtas,
  • viajar de elevações mais altas para mais baixas ou para elevações comparáveis, em vez de até elevações muito mais altas,
  • e ser arrancado de áreas com declives mais acentuados, em oposição a áreas com declives mais rasos.

Em outras palavras, a poeira vermelha que domina a paleta de cores de Marte é apenas superficial. Isso nem é uma frase poética neste caso: a maior parte de Marte é coberta por uma camada de poeira com apenas alguns milímetros de espessura! Mesmo na região onde a poeira é mais espessa - o grande planalto conhecido como região de Tharsis , que consiste em três vulcões muito grandes apenas deslocados do Monte Olimpo (que aparece a noroeste do planalto) - estima-se que tenha apenas 2 metros (~ 7 pés) de espessura.

Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) mapa topográfico colorido do hemisfério ocidental de Marte, mostrando as regiões de Tharsis e Valles Marineris. A bacia de impacto Argyre está no canto inferior direito, com a planície Chryse Planitia à direita (leste) da região de Tharsis. (NASA / JPL-CALTECH / UNIVERSIDADE DO ESTADO DO ARIZONA)

Você pode olhar para esses fatos, então, e se perguntar o seguinte: temos um mapa topográfico de Marte e um mapa dos óxidos férricos em Marte, e esses mapas se correlacionam de alguma forma?

É um pensamento inteligente, e vamos dar uma olhada em apenas um segundo, mas o óxido férrico não significa necessariamente poeira vermelha de Marte do jeito que você pode pensar. Em primeiro lugar, os óxidos férricos estão presentes em todo o planeta:

  • dentro da crosta,
  • encontrados em fluxos de lava,
  • e na poeira marciana que foi oxidada por reações com a atmosfera.

Dado que a atmosfera, ainda hoje, contém quantidades significativas de dióxido de carbono e água, há uma fonte prontamente disponível de oxigênio para oxidar qualquer material rico em ferro que chegue à superfície: onde entra em contato com a atmosfera.

Como resultado, quando olhamos para um mapa de óxido férrico de Marte - novamente, feito pelo fabuloso instrumento OMEGA a bordo do Mars Express da ESA – descobrimos que sim, os óxidos férricos estão por toda parte, mas as abundâncias são mais altas nas latitudes norte e média e mais baixas nas latitudes do sul.

Este mapa, do instrumento OMEGA no Mars Express da ESA, traça a distribuição de óxidos férricos, uma fase mineral do ferro, na superfície de Marte. Óxidos férricos (um óxido de ferro) estão presentes em todo o planeta: dentro da crosta em massa, fluxos de lava e poeira oxidada por reações químicas com a atmosfera marciana. Cores mais azuis representam menor abundância de óxido férrico; as cores mais vermelhas são mais altas. (ESA/CNES/CNRS/IAS/UNIVERSITÉ PARIS-SUD, ORSAY; IMAGEM DE FUNDO: NASA MOLA)

Por outro lado, a topografia de Marte mostra que a elevação do planeta vermelho varia de maneira interessante em sua superfície, e de uma forma que está apenas parcialmente correlacionada com a abundância de óxidos férricos. O hemisfério sul, predominantemente, está em uma altitude muito mais alta do que as terras baixas do norte. As maiores elevações ocorrem na região de Tharsis, rica em óxido férrico, mas nas terras baixas a leste dela, a abundância de óxidos férricos despenca.

O que você precisa perceber é que a forma de hematita vermelha do óxido férrico, que possivelmente é a culpada pela vermelhidão de Marte, não é a única forma de óxido férrico. Há também magnetita: Fe3O4, que é de cor preta em vez de vermelha. Embora a topografia global de Marte pareça desempenhar um papel na abundância de óxido férrico, claramente não é o único fator em jogo e pode até não ser o principal fator na determinação da cor de Marte.

O instrumento Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), parte do Mars Global Surveyor, coletou mais de 200 milhões de medições de altímetro a laser na construção deste mapa topográfico de Marte. A região de Tharsis, no centro-esquerdo, é a região de maior elevação do planeta, enquanto as terras baixas aparecem em azul. Observe a elevação muito menor do hemisfério norte em comparação com o sul. (EQUIPE MOLA DO PESQUISADOR GLOBAL MARS)

O que achamos que está ocorrendo – e esta tem sido uma imagem consistente por muitos anos – é que existe um conjunto de poeira brilhante, globalmente distribuído e globalmente homogêneo que é varrido para a atmosfera e permanece lá. Essa poeira está basicamente suspensa na fina atmosfera marciana e, embora eventos como tempestades de poeira possam aumentar a concentração, ela nunca cai para um valor insignificantemente baixo. A atmosfera de Marte é sempre rica dessa poeira; essa poeira dá a cor da atmosfera; mas as características de cor da superfície de Marte não são uniformes.

A sedimentação da poeira atmosférica é apenas um fator na determinação da cor da superfície de várias regiões de Marte. Isso é algo que aprendemos muito bem com nossos landers e rovers: Marte não é uma cor vermelha uniforme. Na verdade, a própria superfície é mais um tom alaranjado de caramelo em geral, e que vários objetos e depósitos rochosos na superfície parecem ter uma variedade de cores: marrom, dourado, castanho e até esverdeado ou amarelo, dependendo dos minerais que compõem esses depósitos.

Esta imagem, tirada pela Mars Pathfinder de seu rover Sojourner, mostra uma variedade de cores. As rodas do rover são avermelhadas devido à hematita marciana; o solo perturbado é muito mais escuro por baixo. Rochas de uma variedade de cores intrínsecas podem ser vistas, mas também o papel que o ângulo da luz solar desempenha também pode ser visto claramente. (NASA/MARS PATHFINDER)

Uma questão que ainda está sob investigação é o mecanismo exato pelo qual essas partículas de hematita vermelha se formam. Embora existam muitas ideias que envolvem oxigênio molecular, ele é encontrado apenas em pequenas quantidades de traços da fotodissociação da água. Reações envolvendo água ou altas temperaturas são possíveis, mas essas são termodinamicamente desfavorecidas.

Minhas duas possibilidades favoritas são reações envolvendo peróxido de hidrogênio (H2O2), que ocorre naturalmente em Marte em baixa abundância, mas é um oxidante muito forte. O fato de vermos grandes quantidades de α-Fe2O3, mas nenhum mineral de ferro férrico hidratado, pode ser uma indicação dessa via.

Alternativamente, podemos obter hematita simplesmente de um processo puramente físico : erosão. Se você misturar pó de magnetita, areia de quartzo e pó de quartzo e colocá-lo em um frasco, parte da magnetita se converte em hematita. Em particular, uma mistura preta (dominada pela magnetita) aparecerá vermelha, à medida que o quartzo se fratura, expondo os átomos de oxigênio, que se ligam às ligações quebradas da magnetita, formando hematita. Talvez a noção de que a água seja responsável pelos óxidos férricos seja, afinal, um arenque vermelho literal.

O início da tempestade de poeira de 2018 que levou ao fim do rover Opportunity da NASA. Mesmo a partir deste mapa grosseiro, fica claro que a poeira é de cor vermelha e avermelha severamente a atmosfera à medida que maiores proporções de poeira ficam suspensas na atmosfera marciana. (NASA/JPL-CALTECH/MSSS)

Então, em suma, Marte é vermelho por causa da hematita, que é uma forma vermelha de óxido férrico. Embora os óxidos férricos sejam encontrados em muitos lugares, apenas a hematita é a grande responsável pela cor vermelha, e as pequenas partículas de poeira que estão suspensas na atmosfera e que cobrem os poucos milímetros a metros da superfície de Marte são totalmente responsáveis ​​pela cor vermelha que vemos.

Se pudéssemos de alguma forma acalmar a atmosfera por longos períodos de tempo e deixar a poeira marciana assentar, você poderia esperar que a dispersão Rayleigh dominasse como na Terra, tornando os céus azuis. No entanto, isso é apenas parcialmente correto; porque a atmosfera marciana é tão fina e tênue, o céu parece muito escuro: quase completamente preto, com um leve tom azulado. Se você pudesse bloquear com sucesso o brilho vindo da superfície do planeta, provavelmente seria capaz de ver algumas estrelas e até seis planetas – Mercúrio, Vênus, Terra, Júpiter, Saturno e às vezes Urano – mesmo durante o dia.

Marte pode ser o planeta vermelho, mas apenas uma pequena quantidade dele é realmente vermelho. Felizmente para nós, essa parte vermelha é a camada mais externa de sua superfície, penetrante na atmosfera marciana, e isso explica a cor que realmente percebemos.


Começa com um estrondo é escrito por Ethan Siegel , Ph.D., autor de Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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