Redemoinhos de poeira revelam ventos furiosos em Marte

Vinte anos de imagens capturadas por duas sondas orbitais em Marte revelaram ventos intensos no planeta vermelho.

O vento no planeta árido seria invisível se não fosse pela icônica poeira vermelha marciana, que é capturada pelos vórtices do vento, criando um fenômeno conhecido como redemoinhos de poeira.

Esses turbilhões semelhantes a tornados também ocorrem na Terra, mas o novo catálogo de redemoinhos de poeira marcianos, publicado na quarta-feira na revista Science Advances, mostra que eles parecem se mover muito mais rápido e são mais abundantes em escala global, afirmou o principal autor do estudo, Dr. Valentin Bickel, pesquisador do Centro de Espaço e Habitabilidade da Universidade de Berna, na Suíça.

Pesquisadores compilaram o novo catálogo, disponível publicamente, usando imagens captadas pela Mars Express da Agência Espacial Europeia desde 2004 e pelo ExoMars Trace Gas Orbiter desde 2016.

Eles treinaram uma rede neural, ou aprendizado de máquina modelado no cérebro humano, para identificar os vórtices nos dados orbitais, depois verificaram cada um para criar um mapa de 1.039 redemoinhos de poeira em Marte, incluindo exemplos no topo de vulcões antigos e em planícies abertas. A equipe também conseguiu determinar a direção do movimento de 373 das colunas de vento giratórias preenchidas com poeira.

Eles determinaram que os redemoinhos de poeira marcianos e seus ventos associados podem se mover tão rapidamente quanto 160 quilômetros por hora, muito mais rápido do que qualquer redemoinho de poeira já registrado pelos rovers que exploram a superfície do planeta vermelho.

"Essa observação implica que esses ventos provavelmente são capazes de levantar uma quantidade substancial de poeira da superfície para a atmosfera", escreveu Bickel em um e-mail. "Encontramos uma nova peça do quebra-cabeça que nos ajuda a entender melhor o ciclo de poeira marciano: onde, quando e quanto de poeira é levantada da superfície e injetada na atmosfera."

Rastrear o movimento da poeira em Marte é crucial para planejar futuras explorações robóticas e humanas do planeta vermelho, dizem os especialistas.

Uma janela para redemoinhos

Estudar a poeira em Marte fornece aos cientistas uma maneira de modelar o clima do planeta sem realmente estar no solo.

Na Terra, a chuva ajuda a limpar a poeira do ar. Mas em Marte, a poeira pode permanecer na atmosfera por muito mais tempo uma vez que é levantada pelo vento, viajando por todo o planeta.

E uma vez que a poeira está na atmosfera, ela afeta o clima e o tempo em Marte.

A poeira impede que a luz solar alcance a superfície, causando temperaturas mais baixas durante o dia — e atua como isolante do planeta, mantendo as temperaturas mais elevadas durante a noite.

Agora, com base em nova pesquisa, cientistas suspeitam que os redemoinhos de poeira podem ter um papel mais significativo no lançamento de poeira no ar marciano do que se acreditava anteriormente.

Os redemoinhos de poeira há muito fascinam Bickel porque fornecem uma janela para a dinâmica da atmosfera de Marte mais próxima à superfície do planeta — e podem ser observados da órbita.

"Acho incrível que possamos observar e rastrear redemoinhos de poeira em movimento em um planeta diferente", disse Bickel. "Ao observar os redemoinhos de poeira da órbita, podemos aprender muitas coisas, como velocidade e direção do vento, que de outra forma seriam invisíveis."

A análise da equipe mostrou que, embora os redemoinhos de poeira ocorram em todo o planeta, muitos foram encontrados em Amazonis Planitia, uma das planícies mais lisas de Marte, coberta de poeira e areia.

Os redemoinhos de poeira se formam quando o ar quente próximo à superfície sobe e gira, coletando poeira ao longo do caminho, explicou Bickel.

"Parece que Amazonis Planitia oferece as condições ideais para a formação de redemoinhos de poeira, já que é uma região vasta e muito plana que recebe muita iluminação durante o verão", disse ele.

A equipe também determinou que os redemoinhos de poeira têm sazonalidade, com intensa atividade de turbilhões ocorrendo durante os meses de primavera e verão em ambos os hemisférios norte e sul. Normalmente, os vórtices duram apenas alguns minutos e ocorrem durante o dia, entre 11h e 14h no horário local — semelhante aos redemoinhos de poeira que ocorrem em lugares áridos e empoeirados na Terra durante o verão.

Uma vista aérea vantajosa

Nenhuma das sondas orbitais possui instrumentos projetados para medir velocidades do vento em Marte. No entanto, Bickel e sua equipe descobriram um tesouro no que normalmente seria considerado um incômodo.

Ambas as sondas criam imagens combinando visões de diferentes canais que observam Marte em cores ou direções específicas

Por exemplo, a Mars Express pode criar uma única imagem a partir de nove canais de imagem, e pode haver atrasos de sete a 19 segundos entre um canal e outro.

Assim, quando há movimento em Marte, como um redemoinho de poeira, isso produz "deslocamentos de cor" perceptíveis na imagem em mosaico final — oferecendo uma forma de rastrear a velocidade e o movimento dos redemoinhos de poeira.

"É ótimo ver pesquisadores usando a Mars Express e a ExoMars (Trace Gas Orbiter) para pesquisas totalmente inesperadas", disse Colin Wilson, cientista de projeto da ESA para ambas as sondas, em comunicado. Ele não participou do estudo. "A poeira afeta tudo em Marte — desde as condições meteorológicas locais até nossa capacidade de captar imagens da órbita. É difícil minimizar a importância do ciclo da poeira."

Os redemoinhos de poeira mais rápidos tendem a se deslocar em linhas muito retas, enquanto os mais lentos oscilam da esquerda para a direita, explicou Bickel.

Medições anteriores dos redemoinhos de poeira em Marte mostraram que eles tipicamente mantinham uma velocidade abaixo de 50 quilômetros por hora, com um máximo raro de 100 quilômetros por hora. Mas os dados mais recentes mostram um limite máximo muito maior tanto para os redemoinhos de poeira quanto para os ventos ao seu redor.

"Esses ventos fortes e retilíneos provavelmente trazem uma quantidade considerável de poeira para a atmosfera marciana — muito mais do que se presumia anteriormente", disse Bickel. "Nossos dados mostram onde e quando os ventos em Marte parecem ser fortes o suficiente para levantar poeira da superfície."

No entanto, a atmosfera de Marte é mais de 100 vezes mais fina que a da Terra, o que significa que mesmo ventos fortes seriam sentidos apenas como uma brisa para nós.

Sem uma atmosfera substancial, o vento carece de força em Marte — mas é o suficiente para levantar poeira.

"Um redemoinho de poeira certamente não seria capaz de derrubar uma pessoa", afirmou Bickel.

Escolhendo o local de pouso perfeito

Com base em seu banco de dados compilado, os pesquisadores estimam que os redemoinhos de poeira levantaram entre 2.200 e 55.000 toneladas de poeira no hemisfério norte e entre 1.000 e 25.000 toneladas no hemisfério sul da atmosfera marciana, respectivamente, entre 2004 e 2024.

Os resultados mostram que os modelos climáticos para Marte têm subestimado há muito tempo os ventos que impulsionam o movimento de sedimentos no planeta — informação necessária para modelar condições passadas em Marte antiga e determinar como sua superfície evoluiu ao longo do tempo, disse a Dra. Lori Fenton, cientista sênior de pesquisa em ciência planetária no Instituto SETI na Califórnia. Fenton não participou do novo estudo.

"Em Marte, a mobilização de areia e poeira é um dos principais motores de modificação da superfície (através da deposição e erosão de sedimentos) e mudança climática (através da carga atmosférica de poeira em constante mudança)", escreveu Fenton em um e-mail.

A poeira também continua sendo uma preocupação primária para missões com destino a Marte. A poeira marciana suspensa pode levar a tempestades de poeira que circundam o planeta, um fenômeno que encerrou a missão Opportunity em 2019. E o acúmulo de poeira nos painéis solares do módulo de pouso InSight pôs fim àquela missão em 2022.

Às vezes, os redemoinhos de poeira podem ser úteis. Por acaso, os vórtices ajudaram a limpar a poeira dos painéis solares do rover Spirit em 2009.

Bickel disse que novas imagens de dados orbitais continuarão sendo adicionadas ao catálogo para que possa servir como recurso para o planejamento de futuras missões.

"Nossas medições podem ajudar cientistas a desenvolver uma compreensão das condições do vento em um local de pouso antes do toque, o que poderia ajudá-los a estimar quanto de poeira pode se acumular nos painéis solares de um rover — e, portanto, com que frequência eles devem se autolimpar", disse Bickel.

Os dados do novo estudo já estão sendo utilizados para ajudar a determinar o local ideal de pouso para o rover ExoMars Rosalind Franklin da ESA, com previsão de pouso em Marte em 2030.

Ralph Lorenz, cientista planetário do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins, afirmou que é empolgante observar uma visão ampla dos redemoinhos de poeira, fenômenos que ele considera entre as características mais proeminentes e interessantes da atmosfera marciana. Segundo Lorenz, que não participou da nova pesquisa, ter um levantamento abrangente desses eventos fornece um contexto importante para futuros locais de pouso.

"Até entendermos (os redemoinhos de poeira), a energia solar em Marte sempre será algo "incerto" a longo prazo, o que é particularmente importante quando pensamos na presença humana em Marte em um futuro não muito distante", escreveu Lorenz em um e-mail.

As novas observações podem ajudar a validar e melhorar os modelos meteorológicos e climáticos para Marte, o que garantirá a segurança, durabilidade e longevidade das futuras missões, afirmou o Dr. J. Michael Battalio, cientista pesquisador associado do departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade Yale. Battalio não esteve envolvido no novo estudo.

Os resultados também destacam o valor de ter múltiplos conjuntos de dados de longo prazo de diferentes missões em Marte — algo que está em risco devido aos cortes propostos no orçamento da Nasa, acrescentou Battalio. Estudar o clima de Marte também é importante para compreender a Terra, disse ele.

"As condições únicas de Marte fornecem um laboratório independente para comparação com o funcionamento do clima terrestre, garantindo que tenhamos a formulação mais completa e geral possível da dinâmica atmosférica", escreveu Battalio em um e-mail. "Estudar o sistema solar de forma ampla não é apenas sobre exploração, nos ajuda a entender nossa casa."