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

Uma sonda da NASA captou um sinal que aponta para uma descarga eléctrica na ténue atmosfera de Marte. Por detrás dos frios dados de medição esconde-se uma mensagem com implicações de largo alcance: Marte poderá ser muito mais activo do que a sua superfície poeirenta e aparentemente imobilizada faz supor - e isso também afecta o planeamento de futuras missões com astronautas.

Um único impulso de rádio em Marte que muda tudo

A sonda MAVEN está a orbitar Marte desde 2014. A sua missão oficial é estudar a atmosfera superior e acompanhar a forma como esta interage com o vento solar. Em teoria, trata-se portanto de um projecto clássico de clima e física do plasma, bem distante de imagens espectaculares.

No entanto, num dos muitos conjuntos de dados, uma equipa liderada pelos investigadores František Němec e Ondřej Santolík deparou-se com algo inesperado: uma onda electromagnética extremamente breve, com apenas cerca de 0,4 segundos, mas com uma assinatura muito vincada.

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

O sinal vai até cerca de 110 hertz e altera a sua frequência ao longo do tempo de uma forma típica. Foi precisamente esta forma característica que chamou a atenção dos investigadores. Em mais de 108.000 análises, apenas este único acontecimento surgiu a cumprir todos os critérios teóricos.

Os cientistas compararam os dados com simulações numéricas: qual é a densidade de electrões 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 surpreendente numa descarga eléctrica impulsiva na atmosfera abaixo da sonda.

Porque é que este sinal é tão difícil de gerar

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

Para uma onda whistler, isso significa que há apenas alguns “cabos naturais” ao longo dos quais ela se pode propagar. Isso reduz de forma acentuada as configurações possíveis. O facto de a MAVEN ter detectado uma onda adequada mostra quantas condições têm de ser cumpridas em simultâneo.

Além disso, o impulso registado provém do lado nocturno 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 como um fenómeno eléctrico.

O que é, afinal, uma onda whistler

Por trás deste nome técnico esconde-se um fenómeno muito terrestre: no nosso planeta, as ondas whistler surgem frequentemente quando um relâmpago injeta energia de forma brusca na atmosfera. Essa energia propaga-se depois como uma onda electromagnética ao longo das linhas do campo magnético.

Num plasma - isto é, num gás em que uma parte das partículas tem carga eléctrica - diferentes frequências propagam-se a ritmos diferentes. As frequências mais altas avançam primeiro, enquanto as mais baixas ficam para trás. Num espectrograma, isto aparece como uma linha oblíqua que desce.

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

O que também é interessante é que a energia calculada da descarga presumida é bastante modesta. Muito provavelmente, não se trata de um super-relâmpago gigantesco e intensamente luminoso, mas antes de um relâmpago compacto e relativamente fraco no interior de uma estrutura de poeira.

O papel da crosta marciana nos sinais de rádio

Os campos magnéticos da crosta marciana desempenham um papel central. Funcionam como guias e concentram a propagação da onda. Sem estes “túneis magnéticos”, a energia perder-se-ia rapidamente no plasma e nem sequer chegaria à MAVEN em órbita.

A dispersão analisada - ou seja, a alteração da frequência ao longo do tempo - corresponde a uma propagação de várias centenas de quilómetros através da camada ionizada da atmosfera. Isto reforça a ideia de que estamos perante um acontecimento real e fisicamente consistente, e não um erro instrumental.

Tempestades de poeira como máquinas eléctricas

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

Essas partículas colidem continuamente umas com as outras ao sabor do vento. Ao fazê-lo, carregam-se por fricção - um processo que os físicos chamam triboeletrificação. Alguns grãos ficam depois com carga positiva, outros com carga negativa. Entre diferentes altitudes, podem assim acumular-se tensões consideráveis.

• A poeira fina fricciona-se contra partículas maiores.
• Formam-se regiões com cargas diferentes dentro da tempestade.
• A partir de um certo gradiente de tensão, ocorre uma descarga.

Experiências laboratoriais na Terra mostram que, mesmo com pressões semelhantes às de Marte - menos de um centésimo da pressão terrestre - ainda podem formar-se arcos eléctricos, desde que haja bastante poeira em movimento e ventos suficientemente fortes.

O facto de a MAVEN não ter registado qualquer relâmpago visível enquadra-se neste quadro. As nuvens de poeira abafam fortemente a luz, e as câmaras muitas vezes não estão optimizadas para captar o breve e fraco clarão no interior de uma cortina castanha. Já as ondas de rádio atravessam este caos muito melhor.

Impactos na química e nos possíveis astronautas

Um relâmpago nunca altera apenas o campo eléctrico; também interfere com a química do ambiente. Na Terra, os canais dos relâmpagos 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 intensa pode romper moléculas e gerar partículas reactivas de curta duração. A partir delas formam-se, por sua vez, agentes oxidantes que podem libertar oxigénio activo à superfície ou decompor moléculas orgânicas.

As descargas eléctricas podem explicar porque é que as substâncias orgânicas em Marte são tão difíceis de detectar e surgem muitas vezes apenas em vestígios.

Para a astrobiologia, isto é mais do que uma nota lateral. Se os relâmpagos “limpam” quimicamente a superfície com regularidade, os cientistas das missões terão de interpretar os dados dos rovers de forma diferente. Assinaturas de origem não biológica podem ser facilmente confundidas com vestígios de vida passada - ou precisamente o contrário.

Risco para o hardware e os habitats

Também para os futuros habitantes de Marte este tema tem uma dimensão prática. A actividade eléctrica em tempestades de poeira pode afectar electrónica sensível. As cargas podem acumular-se em estruturas de metal e materiais compósitos e descarregar-se de forma súbita.

Os responsáveis pelo planeamento de estações marcianas terão, por isso, de esclarecer várias questões:

• Como reage a envolvente exterior de um habitat a tempestades de poeira prolongadas com actividade eléctrica?
• Os veículos rover precisam de descargas adicionais, semelhantes a pára-raios?
• Como podem os sistemas de comunicações ser protegidos contra perturbações de curta duração provocadas por impulsos de rádio?

A onda whistler agora detectada é um primeiro ponto de dados a partir do qual, a longo prazo, se poderá construir uma avaliação de risco. Futuras missões poderão transportar sensores específicos para captar estes sinais de forma sistemática.

Como os investigadores simulam estes relâmpagos

Para compreender melhor o que se passa em Marte, as equipas não dependem apenas de medições reais. Também simulam tempestades de poeira em câmaras especiais. Nesses ambientes, existe pressão marciana, gases marcianos e, em alguns casos, até temperaturas semelhantes. Nestes equipamentos, ventiladores agitam rególito artificial.

Os sensores medem tensões e pequenas faíscas que surgem entre diferentes altitudes. Assim é possível determinar limiares: a partir de que densidade de poeira e velocidade do vento é provável um relâmpago? Que combinação de tamanhos de partículas carrega mais intensamente?

Parâmetro	Experiências em Marte	Terra para comparação
Pressão do ar	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

Experiências deste tipo mostram que, mesmo sem nuvens de trovoada de água, uma atmosfera pode acumular tensões eléctricas. O que importa 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, abstractos, mas podem ser compreendidos de forma relativamente simples. A ionosfera é a parte superior de uma atmosfera em que a radiação energética ioniza parcialmente átomos e moléculas - ou seja, arranca electrões.

Um plasma forma-se quando um gás é composto por electrões livres e iões com carga positiva. Nesta fase, o meio reage de forma muito mais intensa a campos eléctricos e magnéticos do que o ar normal. Por isso, formas especiais de onda, como a whistler, se conseguem propagar 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 nocturno funciona assim como um laboratório um pouco mais “calmo” para analisar sinais finos no plasma.

Que cenários são plausíveis

Com base nos dados disponíveis, é possível esboçar vários cenários. Numa tempestade de poeira moderada, forma-se ao longo de minutos ou horas um campo de tensão. Num ponto específico, a intensidade do campo eléctrico ultrapassa então o valor local de ruptura do ar rarefeito. Uma descarga estreita, talvez com apenas alguns quilómetros de comprimento, fecha o gradiente de tensão em curto-circuito.

Da superfície, este processo quase não seria visível - sobretudo no meio de uma tempestade de poeira. Já da órbita, a descarga torna-se evidente através de um impulso de rádio característico. Foi precisamente esse tipo de impulso que a MAVEN parece ter captado agora.

No futuro, vários orbitadores poderão escutar em paralelo e triangular a origem destes sinais. Assim, será possível determinar se ocorrem sobretudo em regiões específicas, por exemplo sobre zonas fortemente magnetizadas da crosta marciana, ou se aumentam durante tempestades globais de poeira. Desse modo, um único acontecimento notável poderá transformar-se gradualmente numa verdadeira estatística do “tempo” marciano para actividades eléctricas.