Mercúrio é o planeta mais próximo do Sol. No seu equador durante o dia, a superfície pode atingir cerca de 430 graus Celsius, bem acima do ponto de fusão do chumbo.
Perto dos pólos, no entanto, o fundo de uma cratera profunda pode permanecer abaixo de 170 graus Celsius negativos. O gelo de água fica na superfície nos locais mais frios e abaixo de uma camada isolante escura em outros.
Acho o contraste mais fácil de entender quando a palavra “próximo” é tratada com cuidado. Mercúrio ficou quente o suficiente para derreter o chumbo, mas nem todas as áreas iluminadas pelo sol ao lado de uma cratera polar atingem essa temperatura. Os números mais quentes referem-se principalmente a latitudes mais baixas sob luz solar direta. Nos pólos, a luz solar chega em um ângulo raso.
Mesmo assim, a fronteira entre a rocha iluminada e a sombra permanente pode ser abrupta. Quase sem atmosfera para circular o calor, a borda de uma cratera e o piso abaixo dela podem ocupar ambientes térmicos muito diferentes.
A NASA agora diz que é A missão MESSENGER verificou que os depósitos polares de Mercúrio são predominantemente água gelada. Este é um resumo razoável de um caso construído em 2012 a partir de três tipos independentes de provas. Isso não significa que a espaçonave pousou, perfurou ou segurou um pedaço de gelo mercuriano em um instrumento.
Sombra permanente é um problema de geometria
O eixo de rotação de Mercúrio é inclinado apenas uma pequena fração de grau. O Sol, portanto, permanece próximo do horizonte nos pólos, em vez de subir alto no céu com as estações. Numa cratera suficientemente profunda e de alta latitude, a borda bloqueia a luz solar direta durante todo o ano de Mercúrio.
“Permanente” descreve a iluminação produzida pela rotação atual do planeta e pela topografia da cratera. Não deve ser lido como prova de que nenhum raio de luz solar atingiu um determinado piso em qualquer momento desde a formação de Mercúrio. As crateras têm idades e a orientação do planeta tem uma história. O que os pesquisadores podem mapear é um terreno que não recebe luz solar direta sob a geometria relevante hoje.
A falta de ar substancial é igualmente importante. Mercúrio tem uma exosfera, uma população extremamente escassa de átomos liberados da superfície, em vez de uma atmosfera capaz de transportar calor ao redor do planeta.
Isso faz de Mercúrio um contraste útil com Vênus. No meu artigo recente sobre a possível sobrevivência microbiana nas nuvens de Vênus, a atmosfera foi fundamental para explicar por que a temperatura e a pressão mudam com a altitude. Mercúrio oferece o arranjo oposto. A temperatura de um pedaço de solo depende fortemente se a luz solar e a radiação térmica podem atingir aquele pedaço específico de solo.
A sombra não está perfeitamente isolada. As paredes da cratera podem espalhar luz e irradiar calor para o chão, enquanto o regolito conduz parte do calor do material próximo. Os pesquisadores, portanto, calculam as temperaturas em vez de tratar cada pixel escuro como igualmente frio.
Radar encontrou os depósitos antes que a MESSENGER os explicasse
A primeira pista forte não veio de uma espaçonave. Em 1991, observações usando o radiotelescópio de Arecibo encontraram manchas de radar incomumente brilhantes perto do pólo norte de Mercúrio. Características semelhantes foram posteriormente mapeadas no sul.
O gelo de água pode produzir este comportamento de radar, mas não foi o único material proposto. Enxofre e texturas de superfície ásperas estavam entre as alternativas. A Mariner 10 tinha fotografado menos de metade de Mercúrio na década de 1970, por isso os cientistas ainda não conseguiam combinar todas as características brilhantes do radar com um mapa detalhado das crateras polares.
A MESSENGER mudou isso depois de entrar em órbita em março de 2011. Suas câmeras mapearam a topografia polar e a iluminação ao longo do tempo. Em 2012, a equipa da missão descobriu que os depósitos brilhantes do radar em ambos os pólos estavam confinados a terreno permanentemente sombreado.
A localização por si só não foi suficiente. O argumento mais forte veio de três estudos publicados juntos em Ciência.
Primeiro, o espectrômetro de nêutrons da MESSENGER mediu menos nêutrons energéticos escapando da região polar norte. O hidrogênio é particularmente eficaz na desaceleração dos nêutrons, e o tamanho e a distribuição do sinal foram melhor explicados pelo material rico em água. David Lawrence e colegas estimaram uma massa polar total de água entre cerca de 2,1 × 1013 e 1,4 × 1015 quilogramas, uma gama deliberadamente ampla.
Em segundo lugar, o altímetro laser da sonda encontrou superfícies brilhantes em algumas das áreas muito frias e superfícies invulgarmente escuras em áreas um pouco mais quentes. Gregory Neumann e colegas interpretaram os depósitos brilhantes como gelo exposto e os depósitos escuros como uma cobertura acima do gelo enterrado.
Terceiro, modelos térmicos liderados por David Paige previu onde o gelo superficial e o gelo enterrado deveriam permanecer estáveis. Essas zonas previstas correspondiam aos padrões de radar e de refletância.
Nenhuma dessas medições teria carregado a mesma força sozinha. Juntos, eles conectaram uma assinatura de radar, um sinal de hidrogênio, brilho da superfície e temperaturas calculadas a partir do terreno.
Parte do gelo está exposta e parte está sob uma cobertura escura
Os pisos mais frios das crateras mais próximas do pólo norte modelaram temperaturas máximas de superfície abaixo de 100 Kelvin, ou cerca de 173 graus Celsius negativos. da NASA mapa de temperatura da região polar norte mostra que o gelo exposto é estável em locais como a cratera Prokofiev.
Mais longe do pólo, o fundo de uma cratera ainda pode evitar a luz solar direta, mas receber calor indireto suficiente para fazer com que a água gelada exposta escape lentamente para o espaço. Nestes locais, a MESSENGER encontrou material escuro onde os modelos térmicos afirmavam que o gelo só poderia sobreviver no subsolo.
A cobertura proposta é fina à escala planetária, talvez dezenas de centímetros, mas suficiente para reduzir a perda do gelo abaixo. Pode conter compostos orgânicos complexos entregues com água por cometas ou asteróides ricos em voláteis.
“Orgânico” aqui é uma categoria química, não uma evidência de organismos. Compostos contendo carbono podem se formar sem vida e são encontrados em meteoritos e cometas. O gelo polar de Mercúrio também não é um habitat líquido. É um depósito congelado quase no vácuo, exposto à radiação na superfície e separado de qualquer sistema contínuo de água-rocha.
Essa distinção é importante quando comparada com os sais, o hidrogénio e o fósforo detectados no material de Encélado. Na lua de Saturno, esses produtos químicos parecem vir de um oceano subterrâneo em contato com rochas. Em Mercúrio, a água nos fala sobre entrega e preservação voláteis, e não sobre um ambiente atualmente habitável.
Os depósitos podem ter metros de espessura em algumas crateras, mas a sua profundidade e volume permanecem incertos. O instrumento de nêutrons calculou a composição em uma ampla área. O radar é sensível às propriedades e geometria do material, em vez de atuar como uma régua inserida no depósito. Estimativas que variam de vários metros a várias dezenas de metros dependem dos modelos e de quais crateras estão incluídas.
A sombra é necessária, mas não garante gelo
Há uma complicação útil nos mapas: cerca de metade da área permanentemente sombreada em cada pólo não é iluminada pelo radar.
UM Estudo de 2018 do pólo sul de Mercúrio encontraram o mesmo padrão geral visto no norte. Os depósitos brilhantes ao radar estão fortemente associados à sombra permanente, mas muitos locais sombreados que parecem termicamente adequados não possuem material brilhante ao radar detectável.
Várias explicações permanecem possíveis. Algumas armadilhas frias podem nunca ter recebido muita água. O gelo pode ter sido perdido durante episódios mais quentes, misturado com regolito até que a sua assinatura de radar enfraquecesse, ou enterrado demasiado profundamente para ser detectado pelas observações. Pequenas manchas também podem ficar abaixo da resolução de um instrumento específico.
Este é o mesmo tipo de problema de seleção que aparece em outras partes da ciência planetária. No meu artigo sobre a busca por vida abaixo de Marte, a profundidade poderia fornecer proteção, ao mesmo tempo que dificultaria a amostragem do material mais relevante. Em Mercúrio, o abrigo vem da geometria da cratera, mas o problema observacional é semelhante. Os locais mais capazes de preservar um volátil são também aqueles locais que as câmeras não conseguem iluminar diretamente.
A sombra permanente cria uma armadilha fria. Não fornece a água, não data a sua chegada nem garante que acumulou quantidade suficiente para ser visível.
O gelo pode ser mais jovem que as crateras que o sustentam
É tentador chamar o gelo de Mercúrio de antigo, e à escala humana é quase certo que o seja. À escala geológica, a sua idade ainda é uma questão ativa.
A água pode ter vindo de impactos de cometas e asteróides, micrometeoritos, gases liberados do interior de Mercúrio ou química envolvendo hidrogênio transportado pelo vento solar. Moléculas liberadas em outros lugares da superfície fariam uma série de saltos através da exosfera de Mercúrio. A maior parte seria destruída pela luz solar ou perdida no espaço, mas uma pequena fração poderia eventualmente cair numa armadilha polar fria.
A assinatura de radar relativamente pura de alguns depósitos e o material escuro associado levaram os investigadores a considerar a entrega episódica por um impacto rico em voláteis. UM Estudo de contagem de crateras de 2020 argumentou que as superfícies de gelo expostas podem ter sido colocadas aproximadamente nos últimos 150 milhões de anos. Isto é recente em comparação com os 4,5 mil milhões de anos de história de Mercúrio, embora a estimativa dependa de como as crateras de impacto em terrenos escuros e pouco iluminados são identificadas e interpretadas.
UM Modelo de transporte 2026 testou se um impacto na escala da cratera Hokusai, de 97 quilômetros, poderia fornecer grande parte do inventário atual. Na simulação, uma colisão rica em voláteis produziu uma atmosfera temporária de vapor de água opticamente espessa. A autoproteção retardou a destruição da água pela luz ultravioleta, e cerca de 31% do vapor gravitacionalmente preso atingiu as armadilhas polares frias. A maior parte da deposição foi completada em um dia solar de Mercúrio, equivalente a 176 dias terrestres.
O resultado mostra que a entrega rápida é fisicamente plausível sob as premissas do modelo. Não identifica Hokusai como a fonte real. Os autores também descobriram que pode ser necessário um impacto maior e mais lento para criar depósitos suficientemente espessos para corresponder às observações do radar.
Mercúrio pode, portanto, conter gelo que sobreviveu durante dezenas ou centenas de milhões de anos sem preservar água continuamente desde o início do Sistema Solar. Diferentes depósitos também podem ter diferentes idades e fontes.
BepiColombo revisitará o livro polar
A MESSENGER terminou em 2015, quando ficou sem propelente e atingiu Mercúrio. A próxima investigação orbital sustentada virá da BepiColombo, a missão conjunta da Agência Espacial Europeia e da Agência Japonesa de Exploração Aeroespacial.
De acordo com Cronograma de chegada da ESA em junho de 2026a espaçonave deverá entrar na órbita de Mercúrio em 21 de novembro de 2026. Seus dois orbitadores serão separados, e o Mercury Planetary Orbiter deverá atingir sua órbita científica em março de 2027.
A missão não cairá numa armadilha fria. Os seus instrumentos podem, em vez disso, melhorar mapas de topografia, temperatura, química, hidrogénio e refletância de superfície, com cobertura que deverá ser especialmente valiosa na região menos bem caracterizada do pólo sul.
As perguntas são agora mais precisas do que “Pode existir gelo em Mercúrio?” Os investigadores querem saber quanto está exposto, quanto está enterrado, porque é que as sombras aparentemente adequadas diferem umas das outras, o que a cobertura escura contém e se os depósitos registam um evento de entrega ou muitos.
Para mim, o gelo polar de Mercúrio é menos uma contradição do que uma lição de escala. Um planeta pode ser verdadeiramente descrito como quente o suficiente para derreter chumbo, mas esse rótulo global nos diz muito pouco sobre o fundo de uma cratera que o Sol não pode ver.
