Todo planeta do nosso Sistema Solar interage com o fluxo de partículas energéticas vindas do nosso Sol. Freqüentemente chamadas de "vento solar", essas partículas consistem principalmente em elétrons, prótons e partículas alfa que estão constantemente avançando em direção ao espaço interestelar. Onde esse fluxo entra em contato com a magnetosfera ou atmosfera de um planeta, forma uma região ao seu redor conhecida como "choque de arco".
Essas regiões se formam na frente do planeta, desacelerando e desviando o vento solar à medida que ele passa - muito parecido com o modo como a água é desviada ao redor de um barco. No caso de Marte, é a ionosfera do planeta que fornece o ambiente condutor necessário para a formação de um choque de arco. E, de acordo com um novo estudo de uma equipe de cientistas europeus, o choque de Marte muda como resultado de mudanças na atmosfera do planeta.
O estudo, intitulado “Variações anuais no local do choque do arco de Marte, conforme observado pela missão Mars Express”, apareceu no Jornal de Letras Geofísicas: Física Espacial. Usando dados do Mars Express orbiter, a equipe científica procurou investigar como e por que a localização do choque de arco varia ao longo de vários anos marcianos e quais fatores são os principais responsáveis.
Por muitas décadas, os astrônomos estão cientes de que choques de arco se formam a montante de um planeta, onde a interação entre o vento solar e o planeta faz com que as partículas energéticas desacelerem e sejam gradualmente desviadas. Onde o vento solar encontra a magnetosfera ou atmosfera do planeta, forma-se uma linha de limite aguda, que se estende ao redor do planeta em um arco cada vez maior.
É daí que o termo choque de arco vem, devido à sua forma distinta. No caso de Marte, que não possui um campo magnético global e uma atmosfera bastante fina (menos de 1% da pressão atmosférica da Terra ao nível do mar), é a região eletricamente carregada da atmosfera superior (a ionosfera). que é responsável por criar o choque do arco ao redor do planeta.
Ao mesmo tempo, Marte, tamanho, massa e gravidade relativamente pequenos permitem a formação de uma atmosfera extensa (isto é, uma exosfera). Nesta parte da atmosfera de Marte, átomos e moléculas gasosos escapam para o espaço e interagem diretamente com o vento solar. Ao longo dos anos, essa atmosfera prolongada e o choque do arco de Marte foram observados por várias missões orbitais, que detectaram variações nos limites deste último.
Acredita-se que isso seja causado por vários fatores, entre os quais a distância. Como Marte tem uma órbita relativamente excêntrica (0,0934 em comparação com a 0,0167 da Terra), sua distância do Sol varia bastante - passando de 206,7 milhões de km (128,437 milhões de milhas; 1,3814 UA) no periélio para 249,2 milhões de quilômetros (154,8457 milhões de milhas; 1,666 AU) no afélio.
Quando o planeta está mais próximo, a pressão dinâmica do vento solar contra sua atmosfera aumenta. No entanto, essa mudança na distância também coincide com o aumento da quantidade de radiação solar ultravioleta extrema (EUV) recebida. Como resultado, a taxa na qual íons e elétrons (também conhecidos como plasma) são produzidos na atmosfera superior aumenta, causando aumento da pressão térmica que neutraliza o vento solar que entra.
Os íons recém-criados na atmosfera estendida também são captados e acelerados pelos campos eletromagnéticos transportados pelo vento solar. Isso tem o efeito de desacelerá-lo e fazer com que o arco-íris de Marte mude de posição. Sabe-se que tudo isso acontece ao longo de um único ano marciano - o que equivale a 686.971 dias terrestres ou 668.5991 dias marcianos (sóis).
No entanto, como ele se comporta por períodos mais longos é uma questão que não foi respondida anteriormente. Como tal, a equipe de cientistas europeus consultou os dados obtidos pelo Mars Express missão durante um período de cinco anos. Esses dados foram obtidos pelo analisador de espectro de elétrons do plasma espacial e átomos eneRgetic (ASPERA-3) (ELS), que a equipe usou para examinar um total de 11.861 cruzamentos de choque por arco.
O que eles descobriram foi que, em média, o choque do arco está mais próximo de Marte quando está perto do afélio (8102 km) e mais longe no periélio (8984 km). Isso resulta em uma variação de cerca de 11% durante o ano marciano, o que é bastante consistente com sua excentricidade. No entanto, a equipe queria ver qual (se houver) dos mecanismos estudados anteriormente era o principal responsável por essa alteração.
Para esse fim, a equipe considerou as variações na densidade do vento solar, a força do campo magnético interplanetário e a irradiação solar como causas principais - e todas diminuem à medida que o planeta se afasta do Sol. No entanto, o que eles descobriram foi que a localização do choque do arco parecia mais sensível a variações na produção de radiação UV extrema do Sol do que a variações no próprio vento solar.
As variações na distância do choque do arco também pareciam estar relacionadas à quantidade de poeira na atmosfera marciana. Isso aumenta à medida que Marte se aproxima do periélio, fazendo com que a atmosfera absorva mais radiação solar e aqueça. Assim como o aumento dos níveis de EUV leva a um aumento da quantidade de plasma na ionosfera e na exosfera, o aumento da poeira parece atuar como um amortecedor contra o vento solar.
Como Benjamin Hall, pesquisador da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, e principal autor do artigo, disse em um comunicado de imprensa da ESA:
“As tempestades de poeira já demonstraram interagir com a atmosfera superior e a ionosfera de Marte; portanto, pode haver um acoplamento indireto entre as tempestades de poeira e o local do choque de arco… No entanto, não tiramos mais conclusões sobre como as tempestades de poeira poderiam diretamente impactar a localização do choque do arco marciano e deixar essa investigação para um estudo futuro ".
No final, Hall e sua equipe não conseguiram destacar nenhum fator ao abordar por que o choque de arco de Marte muda por períodos mais longos. "Parece provável que nenhum mecanismo isolado possa explicar nossas observações, mas um efeito combinado de todas elas", disse ele. "Neste ponto, nenhum deles pode ser excluído."
Olhando para o futuro, Hall e seus colegas esperam que futuras missões ajudem a lançar luz adicional sobre os mecanismos por trás do deslocamento do arco-íris. Como Hall indicou, isso provavelmente envolverá "" investigações conjuntas da ESA Mars Express e rastreamento Gás Orbiter e da NASA MAVEN missão. Os primeiros dados da MAVEN parecem confirmar as tendências que descobrimos. ”
Embora essa não seja a primeira análise que procurou entender como a atmosfera de Marte interage com o vento solar, essa análise específica foi baseada em dados obtidos por um período de tempo muito maior do que qualquer estudo anterior. No final, as múltiplas missões que atualmente estudam Marte estão revelando muito sobre a dinâmica atmosférica deste planeta. Um planeta que, ao contrário da Terra, tem um campo magnético muito fraco.
O que aprendemos no processo ajudará muito a garantir que futuras missões de exploração em Marte e outros planetas com campos magnéticos fracos (como Vênus e Mercúrio) sejam seguras e eficazes. Pode até nos ajudar com a criação de bases permanentes nesses mundos algum dia!
