Antes do InSight Lander chegar a Marte, os cientistas só podiam estimar qual poderia ser a estrutura interna do planeta.

As camadas do interior de Marte. Crédito da imagem: S.Cottaar/P.Koelemeijer/J.Winterbourne/NASA

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Seu tamanho, massa e momento de inércia eram suas principais pistas. Meteoritos, orbitadores e amostragem in situ por rovers forneceram outras pistas.

Mas quando o InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) chegou a Marte em novembro de 2018 e implantou seu sismômetro, melhores dados começaram a fluir.

Uma das perguntas mais convincentes sobre Marte é “o que aconteceu com sua magnetosfera?” A magnetosfera da Terra mantém nosso planeta habitável há bilhões de anos. O núcleo externo convectivo e rotativo do nosso planeta é o dínamo responsável pela magnetosfera. Evidências mostram que Marte costumava ser habitável, então deve ter tido uma magnetosfera e um núcleo rotativo líquido. A magnetização nas rochas marcianas nos diz isso. Mas o que aconteceu?

Para responder a essa pergunta, precisamos de dados melhores sobre o interior de Marte, e a NASA e o DLR enviaram o InSight para obter os dados. Seus três instrumentos principais são SEIS (Experiência Sísmica para Estrutura Interior), HP3 (Pacote de Fluxo de Calor e Propriedades Físicas) e RISE (Experiência de Rotação e Estrutura Interior). O mais ambicioso dos três instrumentos é o HP3, que precisava ser enterrado no solo para coletar os dados. Infelizmente, o HP3 falhou, mas os outros instrumentos ainda estão funcionando.

O SEIS desempenha um papel significativo em um novo estudo examinando os tremores marcianos. É um sismômetro e mede tremores, impactos de meteoritos e outras atividades internas monitorando ondas sísmicas.

O novo estudo é “Martemotos repetitivos no manto superior marciano”, o autor principal é Weijia Sun, do Instituto de Geologia e Geofísica da Academia Chinesa de Ciências. O co-autor é o professor Hrvoje Tkalcic da ANU Research School of Earth Sciences. O estudo foi publicado na revista Nature Communications.

Localização do terremoto. Local: Cerberus Fossae, evento S0235b (Mw 3.1). Crédito: Daniel Peter

Esta é uma visualização de um martemoto (Um martemoto é um abalo sísmico no planeta Marte, semelhante a um terramoto no planeta Terra) que se originou em Cerberus Fossae. Não é um dos 47 neste estudo, mas mostra como o InSight pode detectar e mapear martemotos.

A maior parte do que sabemos sobre a estrutura interna de Marte vem de parâmetros físicos fornecidos por medições astronômicas e orbitais. Os Viking Landers da NASA carregavam sismógrafos, mas eram em grande parte ineficazes. Eles não foram implantados diretamente no solo. Em vez disso, eles permaneceram nos decks de aterrissagem, e o vento marciano degradou seus dados. O sismômetro da Viking 1 falhou, mas a Viking 2 detectou um martemoto, e esses dados limitaram a sismicidade de Marte a níveis muito mais baixos que os da Terra.

O instrumento SEIS da InSight é uma grande melhoria nos sismômetros dos Viking Landers, mas tem suas limitações. Martemotos têm magnitudes relativamente pequenas em comparação com terremotos, então suas ondas sísmicas podem ser espalhadas ou perdidas na propagação. Isso leva a incertezas, especialmente quando se trata de suas localizações exatas. E como o instrumento SEIS da InSight é a única estação de gravação, é difícil identificar a causa física de cada terremoto. Isso torna difícil determinar a natureza do interior profundo de Marte, e é um desafio chegar a quaisquer inferências ou conclusões sobre a atividade no manto de Marte.

O sismômetro da Viking (esquerda) estava no convés do módulo de pouso e foi exposto ao vento, degradando seus dados. O sesimômetro da InSight é implantado na superfície de Marte sob um escudo de proteção contra o vento. Crédito da imagem: (l) NASA; (r) NASA/DLR.

Os pesquisadores queriam aprofundar os dados do SEIS neste estudo. Eles cogitaram que poderia haver mais martemotos escondidos nos dados, que tanto os algoritmos automatizados quanto as pesquisas manuais não perceberam. “Portanto”, eles escrevem, “há a necessidade de complementar as pesquisas existentes com pesquisas dedicadas a potenciais martemotos menores enterrados em formas de onda ruidosas”.

O interesse em martemotos está focado na região de Cerberus Fossae de Marte. Cerberus Fossae é um par de falhas quase paralelas em Marte com mais de 1.000 km (620 milhas) de comprimento. Elas são geologicamente jovens e se formaram há apenas alguns milhões de anos, provavelmente menos de 20 milhões de anos atrás. A InSight detectou quatro terremotos fortes e claros originados na região. Os autores deste estudo usaram estas características sísmicas para ajudá-los a filtrar os dados do InSight em busca de mais terremotos.

Cerberus Fossae é um par de falhas quase paralelas com mais de 1.000 km de comprimento. As falhas são jovens e a atividade vulcânica as formou há vários milhões de anos. Algumas evidências apoiam a atividade vulcânica em Marte mais recentemente do que isso. Crédito de imagem: ESA/DLR/FU Berlim CC BY-SA 3.0 IGO.

Os pesquisadores encontraram mais 47 martemotos nos dados existentes do InSight que os cientistas não haviam identificado antes. Os martemotos estavam sob a região de Cerberus Fossae.

Mais de 90% dos 47 novos martemotos estão associados a dois terremotos conhecidos anteriormente. Esses dois terremotos são especialmente importantes nos estudos sísmicos marcianos porque são detecções de alta qualidade. Eles são os martemotos mais fortes e claros já detectados, e dois deles, chamados de S0173a e S0235b, foram detecções especialmente valiosas, mostrando inícios e polaridades claras.

Esta figura do estudo mostra a sonda InSight com um triângulo azul e o vulcão Elysium Mons e a região da falha Cerberus Fossae. As duas estrelas pretas marcam os epicentros de dois martemotos particularmente importantes com inícios e polaridades claras. Crédito da imagem: Sun e Tkalcic 2022.

Os 47 martemotos foram repetitivos e todos ocorreram na área de Cerberus Fossae. De acordo com o professor Hrvoje Tkalcic, os terremotos sugerem que Marte é mais sismicamente ativo do que se pensava. “Descobrimos que esses terremotos ocorreram repetidamente em todos os momentos do dia marciano, enquanto os terremotos detectados e relatados pela NASA no passado pareciam ter ocorrido apenas durante a noite, quando o planeta está mais silencioso”, disse o professor Tkalcic. Este é um ponto importante porque muitos martemotos parecem ser causados pela modulação de maré da lua de Marte, Phobos . Eles são muito leves e facilmente ocultam-se no ruído ambiente.

Mas os terremotos que ocorrem a qualquer hora do dia podem ter outras causas e, no que diz respeito a Tkalcic e ao Sol, a razão deve ser a convecção de material fundido no manto superior sob Cerberus Fossae. O material é imprensado entre a crosta e o núcleo. Isso vai contra estudos anteriores que mostram que a atividade tectônica está causando os martemotos sob Cerberus Fossae.

“Portanto, podemos assumir que o movimento de rocha derretida no manto marciano é o gatilho para esses 47 terremotos recém-detectados sob a região de Cerberus Fossae”, disse Tkalcic.

Cerberus Fossae foi a fonte de uma grande erupção vulcânica que cobriu Athabasca Valles de lava. A imagem à esquerda é uma imagem HiRISE de parte do CF. A imagem à direita mostra uma pedra que deixou um rastro enquanto descia a encosta em Cerberus Fossae. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/UArizona

Esses terremotos são suficientes para Tkalcic concluir que Cerberus Fossae é uma região altamente sismicamente ativa e que o manto marciano é móvel. Essa conclusão é essencial para nossa compreensão de Marte.

“O número de terremotos registrados durante o dia e a noite, após o pouso do InSight sugere que o interior de Marte está em movimento e que a sismicidade marciana é contínua e de longo prazo”, concluem os autores. “A frequência e magnitude dos terremotos recém-observados indicam que o manto marciano pode ser mais dinâmico do que o previsto…” 

A conclusão deles não é sólida, e os pesquisadores reconhecem isso. Mas quando eles comparam a atividade sísmica em Marte com atividade semelhante na Terra, a conclusão quase chega a si mesma. “Embora não possamos descartar as causas tectônicas, a natureza repetitiva dos martemotos tem sua equivalência em tremores repetitivos nos sistemas de transferência de magma na Terra”, escrevem eles.

Este esquema ilustra a relação entre o movimento do fluido condutor, organizado em rolos pela força de Coriolis, e o campo magnético gerado pelo movimento. Crédito da imagem: Por Andrew Z. Colvin – Trabalho próprio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=98901558

Tudo se resume à convecção. Na Terra, as correntes de convecção no ferro fundido do núcleo externo da Terra ajudam a criar a magnetosfera do nosso planeta. A convecção move o ferro fundido e cria correntes elétricas, que geram a magnetosfera. Quando se trata de Marte, os cientistas se perguntam se seu interior esfriou e impediu a convecção e as correntes elétricas. Isso pode ter ocorrido há bilhões de anos, encerrando o possível período de habitabilidade de Marte.

Mas se o manto ainda estiver ativo, isso complica o quadro.

“Saber que o manto marciano ainda está ativo é crucial para nossa compreensão de como Marte evoluiu como planeta”, disse Tkalcic. “Pode nos ajudar a responder a perguntas fundamentais sobre o sistema solar e o estado do núcleo, manto de Marte e a evolução de seu campo magnético atualmente ausente”. 

“Os martemotos indiretamente nos ajudam a entender se a convecção está ocorrendo dentro do interior do planeta, e se essa convecção está acontecendo, o que parece ser baseado em nossas descobertas, então deve haver outro mecanismo em jogo que esteja impedindo que um campo magnético se desenvolva em Marte”, disse Tkalcic.

A estrutura interna de Marte é como um modelo de metade do tamanho da Terra, exceto que a crosta de Marte é mais espessa. Este novo estudo mostra que o manto de Marte ainda está ativo, devido ao material fundido preso no manto superior, imprensado entre a crosta e o núcleo. Crédito da imagem: Rivoldini et al. 2011.

Este estudo não é a única indicação de que Marte ainda tem alguma mobilidade no manto e provavelmente um núcleo líquido. Mas os detalhes ainda são obscuros. O professor Tkalcic disse ao Universe Today que, “no entanto, não sabemos o quão espessa essa parte líquida de seu núcleo pode ser, ou seja, ainda não sabemos com certeza se Marte abriga um núcleo interno sólido em seu centro”. Em outras palavras, não sabemos, ”quanto de seu núcleo líquido foi solidificado até agora ou consumido pela fase sólida (que cresce do centro marciano para fora). Se a camada líquida for muito fina, não gerará/sustentará um dínamo considerável”.

Esse é o caso de Marte, onde o que resta do núcleo líquido não pode gerar muito campo magnético. A maior parte do magnetismo de Marte é magnetismo crustal remanescente. Mas o principal mistério permanece: O que aconteceu com o núcleo? Todas as indicações são de que Marte teve um núcleo líquido maior no passado e que gerou uma magnetosfera que protegeu a atmosfera do planeta, mantendo o planeta quente, úmido e talvez habitável por um longo período de tempo. Talvez o suficiente para que a vida simples floresça.

A resposta pode estar na composição do núcleo e na influência de elementos leves como enxofre e hidrogênio.

“Existe uma explicação alternativa, que é uma hipótese neste estágio que precisa ser examinada”, disse o professor Tkalcic. “Se durante a diferenciação alguns elementos leves como hidrogênio e enxofre permanecessem no núcleo marciano em alguma proporção infeliz, eles poderiam ter formado uma solução imiscível com ferro nessas temperaturas e pressões.” Imiscível significa que a mistura não é homogênea e os elementos não são dissolvidos juntos.

Soluções imiscíveis tendem a se separar e, no núcleo de um planeta, isso significa que parte do material se cristaliza e a solução se torna estratificada. E isso é ruim para a convecção.

“Assim, em vez de sustentar a convecção, o líquido se separaria preferencialmente para os volumes Fe-H e Fe-S, e essa estratificação basicamente interromperia a convecção, o que teria consequências catastróficas para Marte, sua atmosfera e vida potencial em sua superfície”, disse o Professor Tkalcic. 

Claramente a mesma coisa não aconteceu na Terra. Mas por que? Ele se inclina para o tamanho e o núcleo da Terra, que está simplesmente demorando mais para esfriar e permanecendo convectivo? “Felizmente, isso não aconteceu na Terra, onde as condições de pressão/temperatura eram diferentes em seu centro devido ao seu tamanho, mas também porque o processo de diferenciação provavelmente era diferente”, disse Tkalcic à UT.

Ou a Terra teve sorte de alguma forma? Não há duas histórias planetárias que sigam o mesmo caminho.

De acordo com Tkalcic, o tamanho maior da Terra pode ter desempenhado um papel, e uma colisão titânica no início da história da Terra também pode ter desempenhado um papel.

“Por exemplo, se um corpo considerável como Theia colidiu com a Terra para eventualmente dar à luz a Lua, isso poderia ter agitado a estrutura interna da proto-terra e a diferenciação, consequentemente, teve dois ou vários estágios”, disse o professor Tkalcic. “Tudo isso poderia ter resultado nas condições do núcleo externo que sustentaram o geodínamo até os dias atuais”.

Concepção artística de uma colisão entre a proto-Terra e Theia, que se acredita ter acontecido há 4,5 bilhões de anos. O impacto poderia ter estendido a vida da magnetosfera da Terra. Crédito da imagem: NASA

Para complicar todo o quadro, existe a possibilidade de Marte ter sofrido seu próprio impacto gigante que afetou seu núcleo. Há alguma evidência que pode ter acontecido. Marte carrega as cicatrizes de pelo menos cinco impactos gigantes. A maior e mais antiga é a bacia Borealis. Tem quase 10.000 km (6.000 milhas) de largura e cobre a maior parte do hemisfério norte de Marte. Isso poderia ter afetado o núcleo líquido de Marte?

Algumas pesquisas sugerem que poderia ter afetado. Um estudo de 2013 revelou que: “Um impacto gigante ocorrendo nos primeiros 500 milhões de anos da história marciana pode ter… influenciado o início ou a cessação do dínamo central precoce e de curta duração”. Portanto, impactos gigantes podem influenciar a longevidade de um núcleo ou limitá-lo.

“Toda a vida na Terra é possível por causa do campo magnético da Terra e sua capacidade de nos proteger da radiação cósmica, portanto, sem um campo magnético, a vida como a conhecemos simplesmente não seria possível”, disse Tkalcic.

A Terra está viva. Marte não está. Crédito da imagem: NASA.

Seja qual for a causa exata, Marte está morto e a Terra está viva. Mas a humanidade lançou seus olhos inquietos em Marte, e somos levados a entender o planeta. Há algo incrível e convincente em ter um vizinho que pode ter abrigado a vida no passado, mas depois morreu. Há tantas perguntas fascinantes e sem resposta. E se pretendemos de alguma forma viver em Marte em um futuro distante, por razões que podemos não ver claramente no presente, entender a história de Marte pode ser fundamental.

“Portanto, entender o campo magnético de Marte, como ele evoluiu e em que estágio da história do planeta ele parou, é, obviamente importante para futuras missões e é fundamental se os cientistas um dia esperam estabelecer vida humana em Marte”, disse o professor Tkalcic.

Mais Informações:

• Comunicado de imprensa: Magma faz martemotos balançar o Planeta Vermelho
• Pesquisa publicada: Martemotos repetitivos no manto superior marciano
• Universe Today: Podemos Saber Por Que Marte Perdeu Seu Campo Magnético

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Referência:

GOUGH, Evan. Marsquakes are Caused by Shifting Magma. Universe Today, 06, abr. 2022. Disponível em: <https://www.universetoday.com/155278/marsquakes-are-caused-by-shifting-magma/>. Acesso em: 06, abr. 2022.