É por isso que Marte está vermelho e morto enquanto a Terra está azul e viva
Marte e a Terra, em escala, mostram o quão maior e mais amigável à vida nosso planeta é do que nosso vizinho vermelho. Marte, o planeta vermelho, não tem campo magnético para protegê-lo do vento solar, o que significa que pode perder sua atmosfera de uma maneira que a Terra não perde. (NASA)
Os dois planetas mais adequados para habitabilidade tiveram destinos muito diferentes. Finalmente, os cientistas sabem o porquê.
Imagine os primeiros dias do nosso Sistema Solar, voltando bilhões de anos. O Sol era mais frio e menos luminoso, mas havia (pelo menos) dois planetas – Terra e Marte – com água líquida cobrindo grande parte de suas superfícies. Nenhum dos dois mundos foi completamente congelado devido à presença substancial de gases de efeito estufa, incluindo o dióxido de carbono. Ambos podem até ter tido formas de vida primitivas em seus jovens oceanos, abrindo caminho para um futuro brilhante e amigo da biologia.
Nos últimos bilhões de anos, ambos os planetas passaram por mudanças dramáticas. No entanto, por alguma razão, enquanto a Terra se tornou rica em oxigênio, permaneceu temperada e viu a vida explodir em sua superfície, Marte simplesmente morreu. Seus oceanos desapareceram; perdeu sua atmosfera; e nenhum sinal de vida ainda foi encontrado lá. Deve haver uma razão pela qual Marte morreu enquanto a Terra sobreviveu. Demorou décadas, mas a ciência finalmente descobriu.
Trilobitas fossilizadas em calcário, do Field Museum em Chicago. Todos os organismos existentes e fossilizados podem ter sua linhagem rastreada até um ancestral comum universal que viveu cerca de 3,5 bilhões de anos atrás, e muito do que ocorreu nos últimos 550 milhões de anos está preservado nos registros fósseis encontrados nas rochas sedimentares da Terra. (JAMES ST. JOHN / FLICKR)
Uma das características mais espetaculares da Terra é o fato de que a história da vida em nosso mundo está escrita no registro fóssil. Ao longo de centenas de milhões de anos, sedimentos foram depositados tanto em terra quanto nos oceanos, com vários organismos deixando suas marcas reveladoras dentro deles.
De todas as rochas sedimentares da Terra, cerca de 10% delas são calcárias, muitas vezes compostas por restos de organismos marinhos como corais, amebas, algas, plâncton e moluscos. O calcário é feito principalmente de carbonato de cálcio, enquanto algumas formas também têm magnésio e silício presentes.
A camada limite Cretáceo-Paleogeno é muito distinta na rocha sedimentar, mas é a fina camada de cinzas e sua composição elementar que nos ensina sobre a origem extraterrestre do impactor que causou o evento de extinção em massa. A Terra tem centenas de metros de rocha sedimentar cobrindo sua superfície praticamente em todos os lugares, com calcário representando cerca de 10% da rocha sedimentar no total. (JAMES VAN GUNDY)
A parte de carbonato, no entanto, é universal para o calcário na Terra, bem como outros minerais depositados no oceano, como a dolomita rica em magnésio. É o dióxido de carbono na atmosfera que leva à formação de rochas carbonáticas, como
- o CO2 gasoso na atmosfera é absorvido pelo oceano até que seja atingido um ponto de equilíbrio,
- e então que o dióxido de carbono oceânico se combina com minerais (como cálcio, magnésio, etc.) encontrados na água,
- formando grãos ou precipitados químicos,
- que então se depositam no fundo do oceano, levando à formação de rochas sedimentares.
Existem origens biológicas e geoquímicas para o calcário que encontramos na Terra, tornando-o uma das rochas mais abundantes na superfície da Terra. Geralmente, pensa-se que a grande maioria da atmosfera inicial de CO2 da Terra acabou em nosso calcário de superfície.
Lagos congelados sazonais aparecem em Marte, mostrando evidências de água (não líquida) na superfície. Estas são apenas algumas das muitas linhas de evidência que apontam para um passado aquoso em Marte. (ESA/DLR/FU BERLIM (G. NEUKUM))
Há uma quantidade esmagadora de evidências de que Marte teve um passado aguado. Os gelos sazonais podem ser encontrados não apenas nos pólos, mas em várias bacias e crateras que pontilham a superfície marciana. Características como leitos de rios secos – muitas vezes com curvas em forma de arco como as encontradas na Terra – fluem por toda a paisagem. Evidências de fluxos antigos que levam a grandes bacias oceânicas, possivelmente incluindo ritmitos de maré, são abundantes em todo o planeta vermelho.
Essas características podem ter sido sinais reveladores de um passado antigo onde a água líquida era abundante, mas isso não é mais o caso hoje. Em vez disso, resta tão pouca atmosfera em Marte que a água líquida pura e não contaminada é realmente impossível na maioria dos locais em Marte. Simplesmente há pressão insuficiente na superfície para a existência de H2O líquido.
As curvas Oxbow só ocorrem nos estágios finais da vida de um rio de fluxo lento, e este é encontrado em Marte. Seria tolice concluir que uma característica como essa poderia ter se formado por fluxos glaciais, erosão ou qualquer outro meio que não a água líquida de fluxo livre. (NASA / MARS GLOBAL SURVEYOR)
Mesmo antes de termos rovers explorando a superfície de Marte, a evidência de um passado aquático era muito forte. Uma vez que começamos a explorar a superfície a sério, no entanto, as evidências se tornaram fortes demais para serem ignoradas. As esferas de hematita encontradas pelo rover Mars Opportunity praticamente o selaram. Particularmente com a maneira como algumas das esferas eram vistas conectadas umas às outras, não havia possibilidade razoável de formá-las sem água líquida.
Como Marte já teve uma atmosfera rica em CO2 semelhante à da Terra primitiva, assumiu-se que calcário e outras rochas carbonatadas seriam encontradas em sua superfície. Mas não foi encontrado nenhum pelas sondas vikings, nem por Soujourner, Spirit ou Opportunity.
Conforme descoberto pelo rover Opportunity, esferas e esférulas de hematita foram encontradas em Marte. Embora possa haver mecanismos para formá-los que não envolvam necessariamente água líquida, não há mecanismos conhecidos, mesmo em teoria, que possam formá-los fundidos (como encontrados) na ausência de líquido. (NASA / JPL / CORNELL / USGS)
Não foi até a chegada da sonda Mars Phoenix que qualquer carbonato de cálcio foi encontrado, e mesmo isso foi uma pequena quantidade: provavelmente produzida por um corpo de água evaporando em seus estágios finais. Comparado com as centenas de metros (ou mesmo mais de um quilômetro em alguns lugares) de rochas carbonatadas na Terra, não havia nada parecido em Marte.
Isso foi extraordinariamente intrigante para os cientistas marcianos. Talvez 20 anos atrás, a expectativa esmagadora era de que Marte teria perdido seu dióxido de carbono da mesma forma que a Terra: para seus oceanos e depois para deposição em rochas carbonatadas. Mas não foi isso que os rovers encontraram. Na verdade, no lugar dos carbonatos, eles encontraram outra coisa que talvez fosse igualmente surpreendente: minerais ricos em enxofre. Em particular, foi Descoberta da oportunidade do mineral jarosita que mudou completamente a história.
O Cabo de São Vicente, mostrado aqui na cor atribuída, é um dos muitos cabos ao redor da borda da cratera Victoria. As camadas estratificadas do solo fornecem evidências de uma história de rochas sedimentares em Marte, o que também implica a presença passada de água líquida. A descoberta do mineral jarosita pelo Opportunity foi um divisor de águas para a geologia marciana. (NASA / JPL / CORNELL)
Isso permitiu que os cientistas pintassem uma imagem totalmente diferente de Marte da Terra. Na Terra, nossos oceanos são aproximadamente com pH neutro, o que é extremamente propício à precipitação de rochas carbonatadas. Mesmo em um ambiente rico em CO2, o ácido carbônico ainda leva a um pH alto o suficiente para que os carbonatos se precipitem, levando aos calcários e dolomitos encontrados em toda a superfície da Terra.
Mas o enxofre muda a história dramaticamente. Se Marte primitivo tivesse uma atmosfera rica não apenas em dióxido de carbono, mas também em dióxido de enxofre, sua água superficial poderia ter sido afetada não pelo ácido carbônico, mas pelo ácido sulfúrico: um dos ácidos mais fortes de toda a química. Se os oceanos fossem ácidos o suficiente, isso poderia ter gerado a reação inversa ao que aconteceu na Terra: sugando carbonatos da terra para os oceanos, deixando depósitos ricos em enxofre em seu lugar.
Payson Ridge, mostrado aqui, é um recurso encontrado em Marte pelo Opportunity cuja origem ainda é inexplicada até hoje. Muitos dos depósitos rochosos encontrados em Marte contêm enxofre, enquanto relativamente poucos contêm carbono. Este foi um dos grandes mistérios da superfície marciana por muitos anos. (NASA / JPL / CORNELL)
Isso explicaria a química do oceano e da superfície de Marte, mas significaria que precisávamos de um mecanismo totalmente diferente para explicar para onde foi a atmosfera marciana. Considerando que uma grande parte da atmosfera da Terra acabou na própria Terra, essa explicação simplesmente não voaria para Marte.
Em vez de descer, talvez a atmosfera tenha subido para as profundezas do espaço.
Talvez Marte, assim como a Terra, já teve um campo magnético para protegê-lo do vento solar. Mas com apenas metade do diâmetro da Terra e com um núcleo menor e de menor densidade, talvez Marte tenha esfriado o suficiente para que seu dínamo magnético ativo ficasse quieto. E talvez esse tenha sido um ponto de virada: sem seu escudo magnético protetor, não havia nada para proteger aquela atmosfera do ataque de partículas do Sol.
O vento solar é irradiado esfericamente para fora do Sol e coloca todos os mundos do nosso Sistema Solar em risco de ter sua atmosfera arrancada. Enquanto o campo magnético da Terra está ativo hoje, protegendo nosso planeta dessas partículas viajantes, Marte não tem mais um, e está constantemente perdendo atmosfera até hoje. (NASA/GSFC)
Isso estava correto? É realmente assim que Marte perdeu sua atmosfera, privando o planeta de sua capacidade de ter água líquida na superfície e tornando-o frio, esparso e estéril?
Esse foi todo o propósito por trás da missão MAVEN da NASA. O objetivo do MAVEN era medir a taxa na qual a atmosfera estava sendo removida pelo vento solar de Marte hoje e inferir a taxa ao longo da história do planeta vermelho. O vento solar é poderoso, mas moléculas como o dióxido de carbono têm um alto peso molecular, o que significa que é difícil fazê-las escapar da velocidade. Poderia a perda de um campo magnético juntamente com o vento solar fornecer um mecanismo viável para transformar Marte de um mundo rico em atmosfera com água líquida em sua superfície para o Marte que conhecemos hoje?
Sem a proteção de um campo magnético ativo, o vento solar atinge constantemente a atmosfera de Marte, fazendo com que uma porção das partículas que compõem sua atmosfera sejam varridas. Se infundirmos Marte, hoje, com uma atmosfera semelhante à da Terra, o vento solar o reduziria à sua densidade atual em apenas algumas dezenas de milhões de anos. (LUNDIN ET AL. (2004) CIÊNCIA, VOL. 305. NO. 5692, PP. 1933-1936)
O que MAVEN viu foi que Marte perde, em média, cerca de 100 gramas (¼ libra) de atmosfera para o espaço a cada segundo. Durante os eventos de queima, onde o vento solar se torna muito mais forte do que o normal, isso aumenta para cerca de vinte vezes o valor típico. Quando a atmosfera era muito mais densa, porém, o mesmo nível de vento solar a removeria muito mais rapidamente.
Escalas de tempo de apenas ~ 100 milhões de anos seriam suficientes para transformar um mundo do tamanho de Marte, sem qualquer proteção do vento solar, de ter uma atmosfera semelhante à da Terra para uma semelhante à que encontramos no atual Marte. Depois de talvez um bilhão de anos com água líquida precipitando e fluindo livremente na superfície marciana, uma pequena fatia da história cósmica foi suficiente para destruir completamente as perspectivas habitáveis de Marte.
Tanto Marte quanto a Terra tinham atmosferas primitivas que eram pesadas, maciças e extraordinariamente ricas em CO2. Enquanto o dióxido de carbono da Terra foi absorvido pelos oceanos e preso em rochas carbonatadas, Marte não conseguiu fazer o mesmo, pois seus oceanos estavam muito acidificados. A presença de dióxido de enxofre levou a oceanos marcianos ricos em ácido sulfúrico. Isso levou à geologia de Marte que descobrimos com rovers e landers, e apontou para uma causa diferente – o vento solar – como o culpado no mistério da atmosfera marciana desaparecida.
Graças à missão MAVEN da NASA, confirmamos que essa história é, de fato, a maneira como aconteceu. Cerca de quatro bilhões de anos atrás, o núcleo de Marte tornou-se inativo, seu campo magnético desapareceu e o vento solar arrancou a atmosfera. Com nosso campo magnético intacto, nosso planeta permanecerá azul e vivo no futuro próximo. Mas para um mundo menor como Marte, seu tempo acabou há muito tempo. Finalmente, finalmente sabemos o porquê.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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