A NASA registou pela primeira vez um relâmpago na atmosfera de Marte.

A sonda da NASA apanhou um sinal que aponta para uma descarga elétrica na ténue atmosfera de Marte. Por trás dos dados de medição, aparentemente sóbrios, esconde-se uma mensagem com implicações amplas: Marte pode ser muito mais ativo do que a sua superfície poeirenta e aparentemente inerte faz crer - e isso também pesa na preparação de futuras missões tripuladas.

Um único impulso de rádio em Marte que muda tudo

A sonda MAVEN está em órbita de Marte desde 2014. A sua função oficial é estudar a atmosfera superior e acompanhar a forma como esta interage com o vento solar. Em teoria, trata-se portanto de um projeto clássico de clima e física de plasmas, longe de imagens espetaculares.

Mas, num dos muitos conjuntos de dados, uma equipa liderada pelos investigadores František Němec e Ondřej Santolík encontrou algo inesperado: uma onda eletromagnética extremamente breve, com cerca de 0,4 segundos apenas, mas com uma assinatura muito distinta.

A medição mostra uma chamada “onda whistler” - uma espécie de impressão digital de rádio que, na Terra, surge tipicamente na sequência de relâmpagos.

O sinal vai até cerca de 110 Hertz e altera a sua frequência ao longo do tempo de uma forma característica. Foi precisamente essa forma reconhecível que chamou a atenção dos cientistas. Em mais de 108.000 análises, apenas este evento apareceu e cumpriu todos os critérios teóricos.

Os investigadores compararam os dados com simulações numéricas: qual é a densidade dos eletrões naquele ponto? Como se dispõem os campos magnéticos locais da crosta marciana? Que tipo de propagação seria plausível nestas condições? O resultado encaixou de forma impressionante numa descarga elétrica impulsiva na atmosfera abaixo da sonda.

Porque é que este sinal é tão difícil de produzir

Ao contrário da Terra, Marte não dispõe de um campo magnético global que envolva todo o planeta. Em vez disso, existem apenas regiões específicas com rochas magnetizadas na crosta, que geram campos locais.

No caso de uma onda whistler, isso significa que existem muito poucos “cabos naturais” ao longo dos quais ela se pode propagar. Essa limitação reduz de forma acentuada as configurações possíveis. O facto de a MAVEN ter captado, de facto, uma onda adequada mostra quantas condições têm de coincidir ao mesmo tempo.

Além disso, o impulso registado veio do lado noturno do planeta. Aí, o Sol perturba menos a ionosfera, o que facilita a propagação da onda até à órbita. É precisamente este ambiente mais calmo que torna plausível a interpretação do sinal como um acontecimento elétrico.

O que é, na prática, uma onda whistler

Por detrás deste nome técnico está um fenómeno muito terreno: na Terra, as ondas whistler surgem muitas vezes quando um relâmpago injeta energia de forma brusca na atmosfera. Essa energia continua a propagar-se como onda eletromagnética ao longo das linhas de campo magnético.

Num plasma - ou seja, um gás em que parte das partículas está eletricamente carregada - diferentes frequências deslocam-se a velocidades distintas. As frequências mais altas avançam primeiro, enquanto as mais baixas ficam para trás. Num espectrograma, isso aparece como uma linha inclinada, descendente.

A assinatura whistler mostra que Marte, pelo menos em alguns detalhes, se comporta de forma semelhante à Terra - apesar da atmosfera fina e da ausência de um campo magnético global.

O que também chama a atenção é que a energia calculada para a descarga suspeita é relativamente modesta. É provável que não se trate de um super-relâmpago gigantesco e intensamente luminoso, mas antes de um relâmpago compacto e relativamente fraco no interior de uma estrutura de poeira.

A influência da crosta marciana nos sinais de rádio

Os campos magnéticos da crosta de Marte desempenham um papel central. Funcionam como guias e concentram a propagação da onda. Sem estes “túneis magnéticos”, a energia dispersar-se-ia rapidamente no plasma e nem chegaria à altitude onde a MAVEN se encontra.

A dispersão analisada - ou seja, a alteração da frequência ao longo do tempo - é compatível com uma propagação ao longo de várias centenas de quilómetros através da camada ionizada da atmosfera. Isso reforça a ideia de que aqui se trata de um evento real e fisicamente coerente, e não de um erro do instrumento.

Tempestades de poeira como máquinas elétricas

O verdadeiro “motor” destas descargas deverá estar nas enormes tempestades de poeira de Marte. Em cada ano marciano, tempestades regionais e, por vezes, globais lançam para o ar milhares de milhões de toneladas de partículas finíssimas.

Essas partículas colidem constantemente umas com as outras ao sabor do vento. Nesse processo, ganham carga por fricção - algo a que os físicos chamam triboeletrificação. Depois disso, alguns grãos ficam com carga positiva e outros com carga negativa. Entre diferentes altitudes, podem assim formar-se tensões consideráveis.

• A poeira fina fricciona-se contra partículas maiores.
• Formam-se regiões com cargas distintas no interior da tempestade.
• Quando se atinge um determinado desnível de potencial, ocorre a descarga.

Experiências de laboratório na Terra mostraram que, mesmo com pressões como as de Marte - menos de um centésimo da pressão terrestre -, ainda se podem formar arcos elétricos, desde que exista poeira suficiente em movimento e os ventos sejam fortes.

O facto de a MAVEN não ter registado um relâmpago visível encaixa neste quadro. As nuvens de poeira atenuam fortemente a luz, e as câmaras nem sempre estão otimizadas para captar o brilho fraco e muito breve no interior de um véu castanho. Já as ondas de rádio atravessam muito melhor este caos.

Efeitos na química e nos futuros astronautas

Um relâmpago nunca altera apenas o campo elétrico; também interfere com a química do meio envolvente. Na Terra, os canais de relâmpago produzem, por exemplo, óxidos de azoto, que mais tarde participam na formação de ozono e de outras moléculas.

Em Marte, o ar é composto sobretudo por dióxido de carbono. Uma descarga forte pode quebrar moléculas e gerar partículas reativas de curta duração. A partir delas, formam-se por sua vez agentes oxidantes que podem libertar oxigénio ativo à superfície ou decompor moléculas orgânicas.

As descargas elétricas podem explicar porque é que os compostos orgânicos em Marte são tão difíceis de detetar e aparecem muitas vezes apenas em vestígios.

Para a astrobiologia, isto é mais do que uma nota lateral. Se os relâmpagos “limparem” quimicamente a superfície com regularidade, os cientistas das missões terão de interpretar os dados dos rovers de forma diferente. Sinais surgidos sem vida podem facilmente ser confundidos com vestígios de biologia antiga - ou o contrário.

Risco para hardware e habitats

Também para os futuros habitantes de Marte o tema tem uma dimensão prática. A atividade elétrica em tempestades de poeira pode afetar eletrónica sensível. As cargas podem acumular-se em estruturas de metal e materiais compósitos e descarregar-se subitamente.

Os responsáveis pelo planeamento de estações marcianas têm, por isso, de responder a várias perguntas:

• Como reage a envolvente exterior de um habitat a tempestades de poeira prolongadas com atividade elétrica?
• Os rovers precisam de descargas adicionais, à semelhança dos para-raios?
• Como podem os sistemas de comunicação ser protegidos contra perturbações breves provocadas por impulsos de rádio?

A onda whistler agora identificada é o primeiro ponto de dados a partir do qual, a longo prazo, pode ser construída uma avaliação de risco. Missões futuras poderão levar sensores específicos para registar estes sinais de forma sistemática.

Como os investigadores simulam estes relâmpagos

Para perceber melhor o que acontece em Marte, as equipas não dependem apenas de medições reais. Também simulam tempestades de poeira em câmaras especiais. Aí, reproduzem-se a pressão de Marte, os gases marcianos e, em alguns casos, até temperaturas semelhantes. Nestas instalações, ventiladores levantam regolito artificial.

Os sensores medem tensões e pequenas faíscas que surgem entre diferentes altitudes. Assim, é possível determinar valores-limite: a partir de que densidade de poeira e velocidade do vento é que um relâmpago se torna provável? Que combinação de tamanhos de partículas gera a carga mais intensa?

Parâmetro	Experiências em Marte	Terra para comparação
Pressão atmosférica	cerca de 6–8 milibares	cerca de 1013 milibares
Gás principal	CO₂	azoto / oxigénio
Portadores de carga típicos	partículas de poeira, iões	gotículas de água, gelo, aerossóis

Estas experiências mostram que, mesmo sem nuvens de trovoada cheias de água, uma atmosfera pode acumular tensões elétricas. O decisivo são as próprias partículas, e não necessariamente o tipo de gás.

O que está por trás de termos como ionosfera e plasma

Muitos dos termos técnicos usados parecem, à primeira vista, abstratos, mas podem ser compreendidos de forma bastante simples. A ionosfera é a zona superior de uma atmosfera onde a radiação energética ioniza parcialmente átomos e moléculas - isto é, retira-lhes eletrões.

Um plasma forma-se quando um gás é composto por eletrões livres e iões positivamente carregados. Nesta fase, o meio reage de forma muito mais intensa a campos elétricos e magnéticos do que o ar normal. É por isso que formas de onda especiais, como a whistler, conseguem propagar-se tão bem nesse ambiente.

Em Marte, a ionosfera muda bastante entre o dia e a noite. Quando o Sol se põe, a intensidade da radiação diminui e parte dos iões volta a recombinar-se em partículas neutras. Para os investigadores, o lado noturno funciona assim como um laboratório um pouco mais “calmo”, onde é possível analisar sinais finos no plasma.

Que cenários são plausíveis

Com base nos dados disponíveis, é possível delinear vários cenários. Numa tempestade de poeira moderada, vai-se acumulando durante vários minutos ou horas um campo de tensão. Numa determinada zona, a intensidade do campo elétrico ultrapassa então o valor de rutura local do ar rarefeito. Uma descarga estreita, talvez com apenas alguns quilómetros de comprimento, fecha o desnível de potencial.

Da superfície, este processo quase não se veria - sobretudo no meio de uma tempestade de poeira. A partir da órbita, porém, a descarga denuncia-se através de um impulso de rádio característico. É precisamente esse tipo de impulso que a MAVEN parece agora ter captado.

No futuro, vários orbitadores poderão escutar em simultâneo e triangular a origem destes sinais. Assim, seria possível determinar se surgem sobretudo em regiões específicas, por exemplo sobre áreas fortemente magnetizadas da crosta marciana, ou se aumentam durante tempestades globais de poeira. Desse modo, um único acontecimento notável poderia transformar-se, pouco a pouco, numa verdadeira estatística meteorológica de Marte para atividade elétrica.