Minicurso_Semana_de_Marte_2014

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Rio de Janeiro
Centro de Ciências Matemáticas e da Natureza
Observatório do Valongo
MARTE
Uma introdução ao planeta
MARTE
mini-curso
Uma introdução ao planeta
vermelho
Prof. Gustavo F. Porto de Mello
2014
VÊNUS: projeto fracassado
Tamanho: 95% da Terra
Massa: 82% da Terra
Temperatura: +457 oC
Pressão: 90 atmosferas
Rotação: 243 dias (retrógrada)
Oceanos: NÃO
MARTE: projeto fracassado?
Tamanho: 53% da Terra
Massa: 11% da Terra
Temperatura: -55 oC
Pressão: 0,01 atmosfera
Rotação: 24,5 horas
Oceanos: NÃO
CO +NCO2+N2
TERRA: lar dos seres humanos
Temperatura: +15 oC
Pressão: 1 atmosfera
Rotação: 24 horas
Oceanos: 70%
CO2+N2
O2+N2
MARTE: o deus da guerra na mitologia grega (Ares)
Em diversas mitologias, a cor sanguínea de Marte foi associada a
divindades ligadas à glória militar e à excelência nos campos de batalha.
Sacrifícios eram oferecidos e augúrios aferidos na tentativa de prever e
influenciar o resultado de conflitos militares.
Representação de Ares em 
um vaso grego antigo
Marte em conjunção com a estrela
Régulo em 2010. Repare o contraste de
cores: Régulo é quente e branco-azulado,
e Marte possui cor de ferrugem.
Escultura de Ares
MARTE: a origem favorita dos invasores da Terra
MARTE: destino padrão das sagas espaciais
MARTE: um deserto congelado
Primeiro cartão-postal da superfície de outro planeta?Primeiro cartão-postal da superfície de outro planeta?
A sonda soviética Mars 3, em 1971, obteve o
primeiro pouso suave em outro planeta na história
da astronáutica. A sonda pousou em meio a uma
violenta tempestade de areia e transmitiu dados
durante 20 segundos antes de interromper a
transmissão de sinais para a Terra.Mars 3
MARTE: um deserto congelado
Sondas Viking
(1976)
Primeiro cartão-postal de outro planeta: em 1976
O “rosto” de 
Cidonia, 
fotografia da 
Viking Orbiter, 
1976
MARTE: um deserto congelado
A paisagem de Marte mostra semelhanças
com desertos frios de altitude na Terra, como
o de Gobi (Mongólia) e o de Atacama (Chile).
Sondas Viking 1976
Deserto de Gobi – Mongólia e China
Deserto de Gobi – Mongólia e China
Deserto de Gobi – Mongólia e China
As Terras Altas de Cidonia
Cuidado!
A internet está cheia 
de relatos de 
“especialistas” 
As Terras Altas de Cidonia
“especialistas” 
“reanalisando”, 
“corrigindo” e 
“realçando” fotos 
originais da NASA.
Tudo para mostrar 
que existe uma 
suposta conspiração 
Segundo alguns, a foto mostra “cidades”, “pirâmides” e outros artefatos.
suposta conspiração 
internacional para 
ocultar descobertas 
espetaculares.
Cidonia
Sondas Viking
(1976)
As Terras Altas de Cidonia
(1976)
Obviamente tudo não passava de
um efeito casual do ângulo de
iluminação e da baixa resolução
das imagens.
As Terras Altas de Cidonia
Claro que outras explicações são possíveis, como no
Arquivo X, por exemplo.
Atmosfera de Marte
A atmosfera marciana tem menos de 1% da densidade da atmosfera
terrestre, e é totalmente dominada pelo CO2, com o Ar e N2 como
componentes secundários. Possui também traços de CO, O2, H2O, NO,
Ne e outros alguns gases.
Composição da Atmosfera Terrestre
O que salta aos olhos ao compararmos as atmosferas dos dois
planetas?
MARTE: um
deserto 
congelado
Marte visto próximo da
oposição, em telescó-
pios de boa qualidade e
A observação de Marte ao telescópio revela
uma série de detalhes na superfície. Essas
observações permitiram o mapeamento gro-
sseiro do planeta desde o século XIX. Suas
pios de boa qualidade e
noites claras.
limitações geraram o famoso mito dos
“canais” de Marte, desmentidos pelas imagens
das sondas espaciais. Marte possui dois
satélites muito pequenos, que são prova-
velmente asteróides capturados, e visíveis
apenas com grandes telescópios.Terra e Lua como apareceriam vistas 
desde Marte, em telescópios amadores
Montagem ilustrando como seriam visualizadas a Terra e Lua, observadas em condições 
semelhantes às que normalmente observamos Marte
Fobos e Deimos
Marte possui dois pequenos 
satélites naturais conhecidos, 
provavelmente asteróides
capturados. Seus períodos 
orbitais são de 8h e 30h.orbitais são de 8h e 30h.
Visto da superfície de Marte ( no 
equador), Fobos teria 1/3 do 
diâmetro aparente com que 
vemos nossa Lua. Deimos seria 
apenas um ponto brilhante.
27 km16 km
Fobos é tão rápido que nasce no oeste e se põe no leste, nascendo novamente Fobos é tão rápido que nasce no oeste e se põe no leste, nascendo novamente 
em apenas onze horas. Ocorrem eclipses lunares de Fobos em quase todas as 
órbitas para alguns lugares no equador – durando apenas 30 segundos cada!
Deimos está próximo da órbita geoestacionária e tem comportamento 
“normal”, nascendo no leste e se pondo no oeste, porém muito lentamente, 
levando dois dias e 17 horas para cruzar todo o céu.
Fobos e Deimos
Ambos os satélites, assim como a lua terrestre, estão gravitacionalmente 
travados, mostrando sempre a mesma face para Marte.
Fobos circunda Marte mais rapidamente do que a rotação do planeta, e sua Fobos circunda Marte mais rapidamente do que a rotação do planeta, e sua 
órbita está lentamente decaindo em direção à Marte. No futuro distante ele se 
aproximará tanto de Marte que será estraçalhado por efeitos de maré, gerando 
um anel ao redor do planeta.
Deimos, como a Lua terrestre, está lentamente se afastando de Marte e possui 
órbita estável.
MARTE como um planeta
Mapa visual de Marte desenhado por Giovani Schiaparelli em 1888, no qual ele
usou a palavra canali, em italiano, significando sulcos superficiais de origem
natural. Sua interpretação não envolvia a presença de vida inteligente em Marte...
MARTE como um planeta
As publicações de Percival Lowell entre 1895 e 1908, por outro lado, defendiam a idéia
de que estas estruturas seriam artificiais (em inglês, a palavra canal significa uma obra
de engenharia), e ele descreveu uma visão romântica de uma civilização agonizante
se esforçando para trazer água dos pólos para as regiões áridas do equador.
Observando Marte: as oposições
Órbitas de Marte
e da Terra, ilustrando a 
variação de distância entre
os planetas durante a 
oposição de Marteoposição de Marte
A principal razão da alta 
elipticidade (ou 
excentricidade) da órbita 
marciana é a proximidade 
do planeta Júpiter e sua 
poderosa influência 
A grande elipticidade da órbita marciana produz grandes variações de insolação sobre
o planeta, e oposições excepcionalmente favoráveis apenas quando a Terra está na
sua maior distância do Sol (afélio) e Marte está na sua menor distância (periélio).
oposição 
favorável
oposição 
desfavorável
poderosa influência 
gravitacional
Órbitas de Marte e da Terra
Observando 
Marte: as 
oposições
Mapa das 
oposições de oposições de 
Marte, vistas em 
um referencial fixo 
no planeta Terra, 
entre os anos de 
2003 e 2018.
Observando Marte: as oposições
A oposição de 
Marte de 2003 foi 
a mais favorável 
Observando Marte: as oposições
a mais favorável 
dos últimos 
60.000 anos!
E tem uma ainda 
melhor vindo em 
breve! Em breve! Em 
agosto de 
2287... quem 
viver, verá!
Programando-se com antecedência!
A Semana de Marte de 2018
Teremos uma excelente oposição de Marte em julho de 2018
MARTE: um deserto congelado
Tempestades de poeira globais no sentido estrito da palavra periodicamente cobrem
completamente a superfície de Marte, sempre no início do verão do hemisfério austral,
que ocorre quando Marte está no periélio, ponto mais próximo do Sol em sua órbita. São
os maiores fenômenos de seu tipo em todo o Sistema Solar.
MARTE: um deserto congelado nuvens de vapor d’água:condensação matutina próxima 
das regiões altas e nas bordas 
de cânions, em função da 
evolução da temperatura ao 
longo do dia.
calotas polares de água:
mostram crescimento sazonal 
regular, como na Terra, variando 
conforme os ciclos climáticos e as 
estações.
MARTE: um deserto congelado
calota polar sul calota polar norte
Ambas as calotas polares são formadas por gelo de água, com uma cobertura 
de dióxido de carbono congelado.
Olympus
Mons
MARTE: um deserto congelado
Os maiores vulcões do sistema solar: 29.000 m de altura
A Topografia Marciana
O terreno do hemisfério norte é muito mais suave e menos acidentado do que no sul. A 
datação de crateras mostra também que os terrenos mais velhos e primordiais são 
austrais. Uma possível explicação (controversa!) para essa assimetria é um gigantesco 
impacto no passado, no hemisfério norte, aplainando o terreno globalmente.
A Topografia Marciana
O vulcanismo em Marte foi dominado no passado pelas estruturas do bojo de Tharsis. 
Não há evidência de concentração de vulcanismo e tectonismo nas bordas de eventuais 
placas tectônicas. As cadeias de montanhas em Marte estão associadas a impactos ou a 
fenômenos de dobramento e falhamento. O planeta, geologicamente falando, é muito 
menos ativo que a Terra e Vênus. Sendo Marte bem menor, forças geológicas localiza-
das possuem grande capacidade de produzir assimetrias locais intensas!
O Grande Bojo de Tarsis O chamado Grande BojoEquatorial da região de Tarsis
possui uma enorme concen-
tração de vulcões no estilo de
shield volcano. A região é
dominada por derrames de
lava de enorme extensão.
A região de Tarsis imprime no
mapa gravimétrico de Marte
uma clara assimetria. A
existência desse tipo de
estrutura mostra o quanto um
planeta pequeno pode ser
influenciado por um evento
localizado. Forças geológicas
internas que porventura seinternas que porventura se
concentrem em uma região do
manto possuem maior poder
de deformar localmente a
crosta se o planeta é
pequeno. Este efeito é menor
em Vênus e na Terra, que são
muito maiores que Marte.
O Grande Bojo de Tarsis Esse globo mostra o relevo
de Marte (a altimetria)
artificialmente exagerado
por um fator de trinta em
relação às dimensões do
planeta. Fica bem clara a
magnitude do chamado bojo
de Tharsis em relação aoBojo de Tharsis de Tharsis em relação ao
corpo do planeta.
Este tipo de assimetria é uma
função do tamanho do
planeta. A capacidade das
forças geológicas internas,
de caráter localizado, de
moldar a morfologia super-Vallis Marineris moldar a morfologia super-ficial é muito mais intensa
em planetas pequenos. Isto
explicaria, de modo unificado,
a assimetria norte-sul, assim
como a existência de grandes
irregularidades localizadas,
tais como Tharsis.
Vallis Marineris
MARTE: um deserto congelado
Manipulação fotográfica de uma imagem orbital, mostrando Olympus Mons em relevo
MARTE: um deserto congelado
Parecido com a Terra, porém muito mais frio e seco
Vallis Marineris
O gigantesco 
sistema de cânions sistema de cânions 
conhecido como 
Vallis Marineris é 
uma das maiores 
estruturas de seu 
tipo em nosso 
Sistema Solar
Possui um comprimento total de 4.000 km, cerca de 200 km de largura em
alguns trechos, e uma profundidade de até 7 km.
Sistema Solar
Vallis Marineris
em escala
O globo de relevo marcia-
no mostra uma nítida
assimetria, com terras al-
tas, montanhas e platôs
norte
A Topografia Marciana
tas, montanhas e platôs
elevados no hemisfério
sul, ao passo que o he-
misfério norte é dominado
por terras baixas, planíci-
es, e um relevo em geral
muito menos acidentado.
Mais uma vez, evidênciaMais uma vez, evidência
da assimetria que os pro-
cessos geológicos podem
imprimir em planetas de
pequeno porte.sul
O Clima de Marte
Marte é o planeta com o clima e as estações do ano mais semelhantes às da 
Terra em todo o Sistema Solar. As estações do ano duram cerca de duas vezes 
mais, e o planeta recebe apenas 43% da energia que a Terra recebe do Sol.
A temperatura média em Marte é de -55 oC, 
em contraste com +15 oC na Terra. Os em contraste com +15 oC na Terra. Os 
extremos são de -140 oC nos pólos, mas no 
equador a temperatura pode chegar a até 
+35oC.
As sondas Viking registraram temperaturas 
entre -20 oC e -110 oC. As diferenças entre o 
dia e a noite são extremas porque a atmosfera 
de Marte é muito rarefeita.
Diferenças intensas são também provocadas pela excentricidade orbital de 
Marte, que é muito superior à da Terra. O verão do hemisfério sul cai no 
periélio, ou ponto de máxima aproximação do Sol, e o inverno do sul cai no 
afélio, ponto de maior afastamento – o que causa estações extremadas no sul.
Verkhoyansk e Oymyakon - Rússia
The Northern Pole of Cold: os lugares permanentemente habitados da Terra 
com as mais baixas temperaturas registradas.
Verkhoyansk e Oymyakon
Em Vherkoyansk, as temperaturas médias em janeiro são de -45 oC; já foram 
registradas temperaturas abaixo de -60 oC em todos os dias do mês de 
janeiro. No verão a temperatura normalmente supera os +30 oC, e amplitude 
térmica anual é maior do que 100 oC! A temperatura média anual é de -15 oC.
Verkhoyansk e Oymyakon
Verkhoyansk e Oymyakon
Tempestades de poeira: em qual planeta do Sistema Solar?
Tempestades de poeira: em qual planeta do Sistema Solar?
Um cartão postal do inverno marciano: neve de gás carbônico (gelo seco)
Marte habitável no passado?
água no passado?
Duas fotos das sondas Viking, em 1976
Foto da sonda Mars Global Surveyor
Marte habitável no passado?
água no passado?Foto da sonda Viking, em 1976
Em qual planeta do Sistema Solar???
Vales “dendríticos”, evidência de fluxos líquidos estruturados
Vales “dendríticos”, evidência de fluxos líquidos estruturados
Em qual planeta do Sistema Solar???
Ciclos de degelo em vales secos
Ciclos de degelo em vales secos
Mars Global Surveyor
Mars Global Surveyor
Mars Global Surveyor
Oceanos extensos no passado?
Marte habitável no passado?
Simulação de preenchimento oceânico nas bacias sedimentares marcianas
Embora exista uma 
enorme controvérsia, 
há razoável evidência 
de que há bilhões de 
anos atrás, o clima, a 
Marte habitável no passado?
anos atrás, o clima, a 
atmosfera, as faixas de 
temperatura e 
condições superficiais 
em Marte, de um modo 
geral, eram bastante 
diferentes das que são 
observadas hoje em dia.
A Terra e Vênus 
também mostram 
evidência de extensa 
evolução desde a 
origem do Sistema 
Solar.
Representação artística de um possível Marte primitivo
MARTE: evidência de oceano no passado ?
Sonda Opportunity (NASA)
Deposição mineral no solo de Marte (microfotografia) sugerindo 
formação em meio aquoso de vários metros de profundidade.
ÁGUA CONGELADA
em uma cratera marciana
Mars Reconnaissance Orbiter
O mais sofisticado sistema
de lentes e câmeras jamais
enviados a outro planeta
Sondas Spirit & Opportunity (NASA)
O lugar já está cheio de marcas de pneus...
Sondas Spirit & Opportunity (NASA)
Sondas Spirit & Opportunity (NASA)
Sondas Spirit & Opportunity (NASA)
Sondas Spirit & Opportunity (NASA)
Dunas arenosas
Mars Reconnaissance Orbiter
Dunas arenosas International Space Station
Deserto da Líbia, Marzuq
Atacama, Chile
Atacama, Chile
Missão Phoenix
Em 2008
Objetivo: obter 
evidência direta de 
água subterrânea
Missão Phoenix
Um cartão postal do pólo norte de Marte
Missão
Phoenix
Evapotranspiração
de água exposta à de água exposta à 
atmosfera
Os resultados da 
Phoenix sugerem 
fortemente a 
presença 
abundante de águalogo abaixo da logo abaixo da 
superfície, nas latitu-
des elevadas.
A quantidade de 
água poderia chegar 
a 50% do solo.
Missão Phoenix
Terra
Marte primitivo
Missão Curiosity
Primeira missão de solo com fonte de 
energia nuclear.
O maior, mais 
completo e completo e 
sofisticado veículo 
de solo (rover) já 
enviado a 
qualquer planeta 
do Sistema Solar.
Missões a Marte: 2014
MAVEN
Evolução Atmosférica e Volátil de Marte
Missão Orbital de Marte
Chegada em Marte:
22 de setembro de 2014
Chegada em Marte em 24 de setembro de 2014
MangalyaanMangalyaan
Meteoritos de Marte
É perfeitamente possível, de fato inevitável, que impactos sobre a superfície
de Marte provoquem a ejeção de rochas com energia suficiente para escapar
do planeta e chegar até a Terra.
Após períodos em órbita que podem chegar a muitos milhões de anos, uma
fração não desprezível dessas rochas irá impactar com a Terra, tornando-sefração não desprezível dessas rochas irá impactar com a Terra, tornando-se
meteoritos marcianos. De fato, dos cerca de 53.000 meteoritos catalogados
na Terra, cerca de 100, ou 0,19% do total, tem sua origem atribuída à Marte
(dados de 2011)
Nakhlite NWA998 Chassignite NWA2737 Allan Hills 84001
Microfósseis em Marte? O caso do meteorito ALH84001
Foi coletado na Antártida
em 1984, 13.000 anos
depois de se ter dado o
impacto na Terra.
Sua mineralogia mostra
que ele foi arrancado da
crosta de Marte de modo
violento.
Tem 1.9 kg.
Estrutura de piroxênio com
veios de minerais
Possui 4.5 bilhões de anos de idade, e sofreu uma exposição no espaço
de 16 milhões de anos (pós-impacto em Marte). Resultado do
derretimento ígneo e cristalização da crosta marciana primitiva.
veios de minerais
carbonados (calcita)
Minerais carbonados
formados em fraturas
pré-existentes
(similarmente a fósseis
terrestres em calcáreo))
Microfósseis em Marte? O caso do meteorito ALH84001
terrestres em calcáreo))
20 a 100 µm
Microfósseis em Marte? O caso do meteorito ALH84001
Microfósseis em Marte? O caso do meteorito ALH84001
Colonizando Marte?
A Terraformização de Marte
Marte se apresenta próximo das condições confortáveis para a
habitabilidade humana. Uma série enorme de questões éticas se levanta
quando pensamos em alterar o ambiente de Marte para torná-lo mais
adequado a nós, e, possivelmente um dia, totalmente habitável.
Muitos autores desenvolveram 
argumentos sobre como é possível 
explorar Marte hoje, de maneira 
tripulada e com custos modestos; como 
sobreviver em Marte por longos períodos 
de tempo, usando recursos locais; e de 
como a colonização de Marte está ao 
alcance de progressos tecnológicos 
singelos se comparados ao que já foi feito 
em exploração espacial. Essas 
empreitadas poderiam estar sendo 
realizadas desde os anos 70, na verdade!
A Terraformização de Marte
Para os apreciadores de ficção científica da mais alta qualidade, o autor americano Kim Stanley 
Robinson escreveu uma trilogia de romances, cientificamente muito bem embasada, sobre a 
exploração e colonização de Marte nos séculos XXI e XXII. Praticamente tudo que você quis saber 
sobre Marte e o papel que o planeta poderá vir a ter no futuro e sobrevivência da humanidade.
A Terraformização de Marte
Existe um enorme reservatório de 
CO2 na superfície de Marte, um 
excelente gás de efeito estufa, e 
sua liberação na atmosfera seria o 
primeiro passo deste processo, primeiro passo deste processo, 
aquecendo o planeta e liberando 
ainda mais CO2 na atmosfera. A total 
evaporação das calotas polares de 
Marte poderia ser feita em décadas. 
talvez em menos de uma década. 
Uma vez obtida essa nova situação, Uma vez obtida essa nova situação, 
ela seria um novo ponto de 
equilíbrio e mesmo com a retirada 
do processo de aquecimento 
artificial, a nova atmosfera 
permaneceria.
Técnicas possíveis para aumentar a 
temperatura nos pólos de Marte e colocar 
o efeito estufa em ação: explosões 
nucleares nas calotas polares, espelhos 
orbitais, gases artificiais de efeito estufa 
(p. ex., CFCs), ou colonizar os pólos com 
bactérias geneticamente projetadas.
Se Marte tivesse metade da massa da Terra ...
Possuiria um campo
magnético capaz
de proteger
a atmosfera
da erosão
de impacto
Seria um planeta
frio e seco, mas
habitável
de impacto
Poderia ter
mantido atividade
geológica intensa até hoje
Poderia ter
retido algum nível
de oceanos
Alguns corpos do Sistema Solar
Lua Marte Pará
A Terraformização de Marte
Um ponto central da 
argumentação de Zubrin é 
que é possível empurrar 
artificialmente a dinâmica 
atmosférica de Marte para atmosférica de Marte para 
um efeito estufa galopante, 
ou seja, colocar o estado 
termoquímico da atmosfera 
em um ponto no qual ela 
naturalmente irá 
desenvolver-se em direção a 
pressões atmosféricas pressões atmosféricas 
maiores e temperaturas 
mais altas, utilizando 
apenas o conceito de 
feedback positivo do 
próprio sistema natural.
A pressão de vapor é aquela na qual um volátil estabelece 
equilíbrio com a pressão ambiente. O ponto de ebulição é aquele 
na qual esta pressão iguala a pressão ambiente. Valores de 
pressão (ou temperatura) ambiente acima da pressão (ou 
temperatura) de vapor levam o volátil para a fase gasosa 
espontaneamente; valores abaixo dela, condensam o volátil.
Um aumento global de temperatura de apenas 4 K levaria os 
dois pontos de equilíbrio, A e B, a se juntarem.