O Mistério Sazonal do Oxigênio em Marte

O rover Curiosity fotografou essas nuvens flutuantes em 17 de maio de 2019, o 2.410 ° dia marciano, ou sol, da missão, usando suas câmeras de navegação em preto-e-branco (Navcams). Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Pela primeira vez na história da exploração espacial, os cientistas mediram as mudanças sazonais nos gases que enchem o ar diretamente acima da superfície da Cratera Gale em Marte. Como resultado, eles notaram algo desconcertante: o oxigênio, o gás que muitas criaturas da Terra usam para respirar, se comporta de uma maneira que até agora os cientistas não conseguem explicar através de processos químicos conhecidos.
Ao longo de três anos em Marte (ou quase seis anos na Terra), um instrumento no laboratório de química portátil Sample Analysis at Mars (SAM) dentro do rover Curiosity da NASA inalou o ar da Cratera Gale e analisou sua composição. Os resultados obtidos pelo SAM confirmaram a composição da atmosfera marciana na superfície: 95% em volume de dióxido de carbono (CO2), 2,6% de nitrogênio molecular (N2), 1,9% de argônio (Ar), 0,16% de oxigênio molecular (O2), e 0,06% de monóxido de carbono (CO). Eles também revelaram como as moléculas no ar marciano se misturam e circulam com as mudanças na pressão do ar ao longo do ano. Essas mudanças são causadas quando o gás CO2 congela nos polos no inverno, diminuindo a pressão do ar em todo o planeta após a redistribuição do ar para manter o equilíbrio da pressão. Quando o CO2 evapora na primavera e no verão e se mistura em Marte, aumenta a pressão do ar.
Nesse ambiente, os cientistas descobriram que o nitrogênio e o argônio seguem um padrão sazonal previsível, aumentando e diminuindo a concentração na Cratera Gale ao longo do ano em relação à quantidade de CO2 existente no ar. Eles esperavam que o oxigênio fizesse o mesmo. Mas não foi. Em vez disso, a quantidade de gás no ar aumentou em toda a primavera e no verão em até 30% e depois voltou aos níveis previstos pela química conhecida no outono. Esse padrão se repetia a cada primavera, embora a quantidade de oxigênio adicionada à atmosfera variasse, implicando que algo a estava produzindo e levando embora.
"A primeira vez que vimos isso, foi incompreensível", disse Sushil Atreya, professor de ciências climáticas e espaciais da Universidade de Michigan em Ann Arbor. Atreya é co-autor de um artigo sobre esse tópico publicado em 12 de novembro no Journal of Geophysical Research: Planets.
Assim que os cientistas descobriram o enigma do oxigênio, os especialistas em Marte começaram a trabalhar tentando explicá-lo. Eles primeiro checaram duas vezes e triplicaram a precisão do instrumento SAM usado para medir os gases: o espectrômetro de massa Quadrupole. O instrumento estava bom. Eles consideraram a possibilidade de que moléculas de CO2 ou água (H2O) pudessem liberar oxigênio quando se separaram na atmosfera, levando ao aumento de vida curta. Mas levaria cinco vezes mais água acima de Marte para produzir oxigênio extra, e o CO2 se decompõe muito lentamente para gerá-lo em tão pouco tempo. E a diminuição do oxigênio? A radiação solar poderia ter quebrado as moléculas de oxigênio em dois átomos que foi soprado para o espaço? Não, concluíram os cientistas, já que levaria pelo menos 10 anos para o oxigênio desaparecer por esse processo.
"Estamos nos esforçando para explicar isso", disse Melissa Trainer, cientista planetária no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que liderou essa pesquisa. "O fato de o comportamento do oxigênio não ser perfeitamente repetitivo a cada estação nos faz pensar que não é um problema que tem a ver com a dinâmica atmosférica. Tem que haver alguma fonte química que ainda não possamos explicar".
Para os cientistas que estudam Marte, a história do oxigênio é curiosamente semelhante à do metano. O metano está constantemente no ar dentro da Cratera Gale em quantidades tão pequenas (0,00000004% em média) que dificilmente é discernível, mesmo pelos instrumentos mais sensíveis em Marte. Ainda assim, foi medido pelo espectrômetro de laser ajustável do SAM. O instrumento revelou que, embora o metano aumente e diminua sazonalmente, ele aumenta em abundância em cerca de 60% nos meses de verão por razões inexplicáveis. (De fato, o metano também aumenta de forma aleatória e estranha. Os cientistas estão tentando descobrir o porquê.)
Com as novas descobertas sobre o oxigênio, a equipe de Trainer se pergunta se uma química semelhante à que está impulsionando as variações sazonais naturais do metano também pode gerar oxigênio. Pelo menos ocasionalmente, os dois gases parecem flutuar em conjunto.
"Estamos começando a ver essa correlação tentadora entre metano e oxigênio durante boa parte do ano em Marte", disse Atreya. "Eu acho que há algo a fazer. Ainda não tenho as respostas. Ninguém tem."
O oxigênio e o metano podem ser produzidos biologicamente (a partir de micróbios, por exemplo) e abioticamente (a partir de produtos químicos relacionados à água e às rochas). Os cientistas estão considerando todas as opções, embora não tenham nenhuma evidência convincente de atividade biológica em Marte. A Curiosity não possui instrumentos que possam dizer definitivamente se a fonte de metano ou oxigênio em Marte é biológica ou geológica. Os cientistas acham que explicações não biológicas sejam mais prováveis ​​e estão trabalhando diligentemente para entendê-las completamente.
A equipe de Trainer considerou o solo marciano como fonte de oxigênio extra na primavera. Afinal, é conhecido por ser rico no elemento, na forma de compostos como peróxido de hidrogênio e percloratos. Um experimento realizado nas sondas Vikings mostrou décadas atrás que o calor e a umidade podiam liberar oxigênio do solo marciano. Mas esse experimento ocorreu em condições bem diferentes do ambiente de primavera de Marte, e não explica a queda de oxigênio, entre outros problemas. Outras explicações possíveis também não são suficientes por enquanto. Por exemplo, a radiação de alta energia do solo poderia produzir oxigênio extra no ar, mas levaria um milhão de anos para acumular oxigênio suficiente no solo para explicar o aumento medido em apenas uma primavera, relatam os pesquisadores em seu artigo.
"Ainda não conseguimos chegar a um processo que produza a quantidade de oxigênio necessária, mas achamos que deve haver algo no solo superficial que muda sazonalmente porque não há átomos de oxigênio disponíveis na atmosfera para criar o comportamento que vemos", disse Timothy McConnochie, cientista assistente de pesquisa da Universidade de Maryland em College Park e outro co-autor do artigo.
As únicas naves espaciais anteriores com instrumentos capazes de medir a composição do ar marciano perto do solo foram as Viking gêmeas da NASA, que chegaram ao planeta em 1976. Porém, os experimentos Viking cobriram apenas alguns dias marcianos, para que não pudessem revelar padrões sazonais dos diferentes gases. As novas medidas de SAM são as primeiras a fazê-lo. A equipe do SAM continuará a medir os gases atmosféricos para que os cientistas possam coletar dados mais detalhados ao longo de cada estação. Enquanto isso, Trainer e sua equipe esperam que outros especialistas em Marte trabalhem para resolver o mistério do oxigênio.

Fonte: NASA