Quando o verão chega no hemisfério sul de Marte, uma “janela” se abre em sua atmosfera, através da qual o vapor de água pode subir das camadas inferiores da concha de gás do planeta para a parte superior.
Os ventos transportam a maior parte desse vapor de água para o pólo norte de Marte, onde se instala na superfície em forma de gelo; no entanto, uma certa quantidade de vapor de água ainda decai e desaparece no espaço sideral, privando gradualmente o planeta vermelho das reservas de água.
Um grupo de cientistas (Dmitry Shaposhnikov, Alexander Medvedev, Alexander Rodin e Paul Hartog) do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, Rússia), o Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências (Rússia) e o Instituto de Pesquisa do Sistema Solar em homenagem a Max Planck (Alemanha) descreveu esse ciclo marciano incomum e a liberação de parte do vapor de água no espaço em seu estudo, apresentado na revista
Geophysical Research Letters .
Segundo os cientistas, muitos milhões de anos atrás, Marte era rico em oceanos, mares e outras fontes de água. No entanto, durante todo esse tempo, uma “bomba” natural peculiar trabalhou na atmosfera superior de Marte, com a ajuda da qual o planeta vermelho foi desidratado. Até o momento, cerca de 20% da quantidade original de água é deixada na superfície do planeta.
Em seu estudo, os cientistas recriaram um modelo do processo de perda de água por Marte e determinaram que esse mecanismo ainda continua funcionando, e sua funcionalidade é semelhante a uma bomba. A modelagem computacional desse mecanismo mostra como o vapor de água supera a barreira do ar frio na atmosfera média de Marte e atinge camadas mais altas. Segundo os autores do trabalho científico, isso ajudará a entender por que Marte, ao contrário da Terra, perdeu a maior parte de sua água.
Resumo do EstudoMilhões de anos atrás, Marte era um planeta com uma vasta superfície de água, rios corriam sobre ele e até oceanos assolavam. Mas o tempo passou, e o mecanismo natural do planeta reduziu lentamente as reservas de água, mudando muito a superfície de Marte além do reconhecimento.
Hoje, na superfície de Marte, você pode encontrar muito poucas áreas com água congelada e, na atmosfera, o vapor de água é encontrado apenas em pequenas quantidades. Assim, Marte pode atualmente ter perdido pelo menos 80% de seu suprimento de água.
A razão para uma perda de água global, mas também a longo prazo, é que, nas camadas superiores da atmosfera marciana, a radiação ultravioleta solar decompõe as moléculas de água em radicais hidrogênio (H) e hidroxila (OH). E já após esse processo, ocorre uma volatilização irrecuperável do hidrogênio no espaço sideral.
Medições usando sondas científicas em órbita de Marte e telescópios espaciais mostram que, até o presente momento, o vapor d'água em Marte continua a se dividir e deixar o planeta dessa maneira.
Mas como e por que isso foi possível?De fato, a camada intermediária da atmosfera marciana, por analogia com a tropopausa na Terra, deve praticamente bloquear uma quantidade tão grande de hidrogênio, já que, no auge dessa camada, geralmente já é tão frio que o vapor de água se transforma em gelo.
Para obter uma resposta a essa pergunta, pesquisadores russos e alemães realizaram uma simulação que revelou um mecanismo anteriormente desconhecido, semelhante a uma bomba.
Em sua simulação, os fluxos em toda a atmosfera que envolve Marte são descritos de forma abrangente: da superfície do planeta às camadas, a uma altitude de 160 quilômetros.
Os cálculos mostram que a camada intermediária gelada da concha de gás se torna permeável ao vapor de água duas vezes por dia, mas apenas em um determinado local do planeta e em uma determinada época do ano (em um determinado ponto da órbita).
A órbita de Marte desempenha um papel decisivo nesse processo: o caminho do planeta em torno do Sol, que dura cerca de dois anos terrestres, é muito mais elíptico do que o da Terra.
No ponto mais próximo do Sol (coincidindo aproximadamente com o verão no hemisfério sul), Marte está aproximadamente 42 milhões de quilômetros mais próximo do que no ponto mais distante da órbita, de modo que o verão no hemisfério sul é visivelmente mais quente que no norte.
Quando o verão chega no hemisfério sul de Marte, em determinados momentos do dia o vapor d'água pode subir localmente com massas de ar mais quentes e atingir a atmosfera superior.
Lá, as correntes de ar transportam gás para o Polo Norte, onde novamente esfria e se instala. No entanto, parte do vapor de água é excluída deste ciclo: sob a influência da radiação solar, as moléculas de água se decompõem e o hidrogênio escapa para o espaço.
Esse ciclo hidrológico incomum é aprimorado por outra característica de Marte - enormes tempestades de poeira que abrangem todo o planeta com um intervalo de vários anos.
Uma quantidade gigantesca de poeira que circula na atmosfera durante essa tempestade facilita o transporte de vapor de água para a atmosfera superior.
A última vez que essas tempestades de poeira ocorreram em Marte em 2007 e 2018, elas também foram amplamente documentadas por sondas orbitais.
Os cientistas estimam que, durante a tempestade de poeira de 2007, foi liberado o dobro de vapor de água na atmosfera superior de Marte do que em tempos calmos do planeta.
Como as partículas de poeira absorvem a luz solar e, portanto, as aquecem, a temperatura da atmosfera em Marte aumenta.
Recebido por cientistas do MIPT e do Instituto. O modelo Max Planck, com precisão sem precedentes, mostra como a poeira na atmosfera afeta os processos microfísicos associados à conversão de gelo em vapor de água.
Gráficos e aplicações para trabalhos de pesquisa:Figura 1. Fluxo vertical de vapor
Figura 1. Variações sazonais na latitude do fluxo vertical médio zonal de vapor de água, modelado usando dados médios sobre a quantidade de poeira na atmosfera em diferentes altitudes: 0, 30, 60, 90, 120 e 150 km. Valores positivos (fluxos ascendentes) são mostrados em vermelho, fluxos negativos (descendentes) são mostrados em azul.
Assim, estaremos interessados nos dados principalmente no intervalo entre Ls = 250◦ e 270◦.
A fuga de átomos de hidrogênio para o espaço próximo à exobase varia de acordo com uma ordem de
magnitude sazonalmente, maximizando em torno do solstício de verão do sul (longitude solar Ls ≈
270◦)As designações na Figura 1 e nas Figuras abaixo:
ppmv (partes por milhão em volume) é uma unidade de concentração em partes por milhão em volume;
Vapor de água - vapor de água;
Altitude - altitude;
Latitude - latitude;
Ls é a longitude solar;
MY28 - Ano marciano 28 (medições durante o 28º ano marciano);
Cenário básico de poeira (dados médios da quantidade de poeira na atmosfera (com base nos dados da sonda MAVEN Mars (atmosfera de Marte e evolução volátil)), observatório automático do Hubble, satélite Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) - do dispositivo Mars Climate Sounder (MCS), instrumento PFS - MEX (espectrômetro planetário de Fourier a bordo do Mars Express), Mars Global Surveyor);
Tempestade de poeira (tempestade de poeira) - foram utilizados dados sobre a quantidade de poeira na atmosfera na tempestade de poeira MY28.
Figura 2. Concentração e temperatura do vapor de água
Figura 2. Concentração e temperatura do vapor de água em altura e latitude, modeladas usando dados médios da quantidade de poeira na atmosfera (gráficos na coluna à esquerda) e no ano da tempestade de poeira MY28 (gráficos na coluna à direita), todos os campos são calculados sobre zonas e ao longo do período entre Ls = 250◦ e 270◦, em que:
a) vapor de água (contornos escuros), gelo de água (contornos brancos) e fluxo meridional de vapor de água (linhas com setas, cuja cor e espessura indicam a direção vertical e ppmv, respectivamente);
(b) o mesmo que em (a), mas para uma tempestade de poeira durante MY28;
(c) um gráfico com a temperatura do fluxo de água para o cenário "principal" de poeira;
(d) o mesmo que em (c), mas para o cenário de tempestade de poeira durante MY28, exceto para as linhas de contorno que mostram a diferença de temperatura entre (d) e (c).
Observa-se que durante as tempestades, a concentração de vapor de água nas camadas superiores é maior e sua temperatura é mais alta.
Figura 3. A concentração de vapor de água em diferentes alturas e em diferentes momentos do dia marciano.Sol é um dia marciano. Eles são um pouco mais longos que terrestres e duram 24 horas, 39 minutos, 35.244 segundos. O ano em Marte é igual a 669,56 "Solam" ou 686,94 dias terrestres.
Figura 3. Distribuição em tempo e altitude dos desvios do valor médio da concentração de vapor de água (tons de cor ppmv) e velocidade vertical (nos contornos, valores em m / s), de acordo com dados para o período entre Ls = 250◦ e 270◦ (coordenadas de medição - Lat 75S. Lon 0).
Valores positivos da velocidade vertical correspondem a movimentos ascendentes.
(a) cenário de poeira “principal”:
(b) o mesmo que em (a), mas para uma tempestade de poeira durante MY28:
Como você pode ver, no segundo gráfico nas camadas superiores, há mais janelas com uma alta concentração de vapor de água com uma velocidade vertical positiva, que formam fluxos ascendentes ainda mais no espaço sideral.
Figura 4. Ciclo anual da água.
Figura 4. A distribuição vertical do conteúdo total de água (vapor + gelo) obtido:
(a) e (c) - dia e noite, de acordo com o dispositivo Mars Climate Sounder (MCS) instalado no dispositivo Mars Reconnaissance Orbiter (MRO);
(b) e (d) - dia e noite, de acordo com os dados da simulação no estudo.
Nos gráficos da Figura 4 acima:
- à tarde - isso é de acordo com os dados às 15:00 no horário marciano;
- à noite - isso é de acordo com os dados às 03:00 da manhã, horário marciano.
Em todos os gráficos da Figura 4, foram calculados os valores em longitude e latitude.
Ao processar dados durante a simulação, a média das horas locais foi realizada entre 14: 00-16: 00 e 02: 00-04: 00.
Na conclusão de seu trabalho de pesquisa, os autores concluem que a atmosfera de Marte é mais permeável ao vapor de água do que terrestre, e o ciclo sazonal aberto da água contribui significativamente para o funcionamento continuado do mecanismo natural da perda de vapor de água por Marte.