Pedro Machado considera estudo do IA Ciências ULisboa de grande importância para as missões espaciais da ESA: EnVision, Ariel e Mars Express

Simulador da NASA ajuda a esclarecer mistérios do Sistema Solar

Entrevista com o alumnus João Dias, autor principal do artigo publicado na Athmosphere

José Ribeiro, Pedro Machado e João Dias

José Ribeiro, Pedro Machado e João Dias consideram o PSG uma ferramenta eficaz para estudar a abundância de compostos químicos presentes em pequenas quantidades em Atmosferas Planetárias

IA Ciêncial ULisboa

Segundo comunicado de imprensa do IA, divulgado também no EurekAlert!, este trabalho é de grande importância para as missões espaciais da Agência Espacial Europeia (ESA) - EnVision, Ariel, Mars Express –, nas quais o IA está envolvido e Pedro Machado é coinvestigador, já que permite que os instrumentos que estão a ser desenvolvidos possam ser otimizados para detetar estas moléculas nas quantidades expectáveis.

Um estudo do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA), polo da Ciências ULisboa, publicado em março passado na revista Atmosphere, analisa observações da luz infravermelha dos planetas Vénus, Marte e Júpiter, para ajudar a responder a perguntas sobre vida fora da Terra, vulcanismo em Vénus ou a história da água em Marte, comparando-as com simulações do Planetary Spectrum Generator (PSG), um gerador de espectros planetários.

A equipa - constituída por João Dias, Pedro Machado e José Ribeiro -, conseguiu explicar os resultados de algumas observações, concluindo que o PSG, desenvolvido pela Agência Espacial Norte-Americana (NASA) e disponível online desde 2015, é uma ferramenta eficaz para estudar a abundância de compostos químicos presentes em pequenas quantidades em Atmosferas Planetárias.

Deteções recentes de compostos químicos, que podem indicar a presença de atividade biológica em Marte e Vénus, chamadas bioassinaturas, mantêm viva a busca por vida fora da Terra.

O metano (CH4), um gás incolor e inodoro que arde no ar com chama pálida, é um dos compostos químicos analisados neste trabalho e pode ter origem tanto na atividade biológica, como em processos geológicos.

A sua vaga presença em Marte, detetada pela sonda Mars Express, mas ausente nos dados da sonda ExoMars TGO, permanece um mistério.

Pedro Machado refere que “este trabalho é um contributo para se esclarecer a associação do metano em Marte com a possível existência de vida”. O professor do Departamento de Física, investigador do IA e coautor do estudo diz que variando os parâmetros das simulações, conseguiram explicar a deteção e não deteção de metano em Marte e compreender as condições e locais em que estas podem ocorrer.

 

Animação que ilustra o possível antigo oceano de Marte e a perda preferencial de átomos de hidrogénio, mais leves, da atmosfera de Marte. As moléculas de água que contêm um átomo de deutério, mais pesadas, tendem a permanecer no planeta
Fonte Goddard Media Studios/NASA.

A superfície de Marte sugere que no passado houve um vasto oceano, mas como é que ele desapareceu está ainda por esclarecer. Esta incógnita tem grande interesse para o campo científico da procura de vida fora da Terra, a Astrobiologia.

“Conhecer a proporção entre duas variantes do hidrogénio, o isótopo deutério e o hidrogénio simples, ajuda-nos a compreender a evolução temporal da água em Marte”, diz João Dias, autor principal deste artigo.

Para o jovem alumnus da Ciências ULisboa, este estudo possibilita a comparação deste rácio a nível global e local em Marte e dá informação valiosa sobre a evolução temporal da água marciana. “O deutério (²H ou informalmente D) é um átomo pesado de hidrogénio (H), o seu núcleo contém mais um neutrão, por isso água (H2O), composta por um átomo de deutério e um de hidrogénio (HDO), é mais pesada e escapará com mais dificuldade para o espaço”, explica.

Em 2020 um estudo identificou fosfina (PH3) nas nuvens de Vénus. A fosfina é considerada um bioindicador, ou seja, um possível indicador de atividade biológica. Este composto, usado na agricultura para fumigar sementes ou grãos, pode ser produzido espontaneamente em ambientes de alta pressão e temperatura na presença de fósforo e hidrogénio, os dois elementos químicos que a constituem.

“É o que sucede em Júpiter, sendo a fosfina uma das responsáveis pelas coloridas bandas na atmosfera deste gigante gasoso, mas num planeta rochoso, como a Terra, onde estas condições extremas não existem, a sua presença está associada à atividade biológica”, declara Pedro Machado, mencionando ainda que estudos posteriores, realizados noutras condições mostram que a fosfina pode não estar presente ou estar presente em quantidades muito menores do que inicialmente identificadas. “O nosso trabalho mostra que em observações dedicadas no infravermelho, e para as altitudes e condições físicas que têm sido sondadas, não é possível detetar fosfina na atmosfera de Vénus, pelo menos considerando os valores propostos por esse estudo inicial”, acrescenta.

Ilustração do planeta Vénus e da molécula de fosfina, constituída por um átomo de fósforo e três de hidrogénio. A fosfina é considerada um bioindicador, ou seja, um possível indicador de atividade biológica
Ilustração do planeta Vénus e da molécula de fosfina, constituída por um átomo de fósforo e três de hidrogénio
Fonte Danielle Futselaar

Em Vénus também existem formações semelhantes a vulcões, mas não se sabe se estão ativos. A este propósito, João Dias refere que o estudo a várias altitudes da abundância de dióxido de enxofre (SO2), um gás denso, incolor, não inflamável e altamente tóxico, é muito importante para saber se existe atividade vulcânica. “Determinando com precisão a abundância deste composto a diferentes altitudes, como mostramos ser possível com o simulador PSG, conseguiremos estudar a sua origem”, diz João Dias.

Para Pedro Machado, “o IA encontra-se na vanguarda destes estudos ao incluir na sua equipa de Sistemas Planetários especialistas tanto no estudo das atmosferas de planetas do Sistema Solar, como na deteção e caracterização de exoplanetas”. João dias complementa: “em particular, missões como a Ariel, que irá estudar as atmosferas de planetas que orbitam outras estrelas que não o Sol – os exoplanetas – beneficiam muito deste tipo de estudos do Sistema Solar, que podem servir como modelo para o que esperamos poder vir a observar fora do Sistema Solar”.

Entrevista com o alumnus João Dias

João Dias é o autor principal do artigo "From Atmospheric Evolution to the Search of Species of Astrobiological Interest in the Solar System—Case Studies Using the Planetary Spectrum Generator", publicado na edição especial Developments in the Detection and Characterization of Planetary Atmospheres. Trata-se de um marco importante já que representa também a primeira vez que publica um artigo científico. Agora, prepara o projeto de doutoramento que terá como alvo de estudo a evolução das atmosferas de Vénus e Marte.

"Estou a começar a dar os primeiros passos nos meus estudos e tenho muito que aprender ainda e por isso estou altamente motivado para continuar a minha contribuição para a área de Sistemas Planetários e Atmosferas Planetárias."
João Dias

João Dias
"Estou a preparar-me para apresentar os resultados do nosso trabalho em algumas conferências", diz João Dias
Fonte IA Ciências ULisboa

Como foi estudar na Faculdade?

João Dias - A minha formação e percurso na Ciências ULisboa foi muito positiva e teve um carácter decisivo na integração dos valores de colaboração, comunicação e resiliência no meu trabalho e na minha vida pessoal. De facto, a Faculdade deu-me a formação base e ferramentas para prosseguir de futuro os meus estudos em Sistemas Planetários e Atmosferas Planetárias.

Quem são os professores/investigadores que mais o inspiram? Porquê?

JD - Quero valorizar a minha aprendizagem com o professor Pedro Machado, que leciona a cadeira de Sistemas Planetários na Faculdade, pois maravilhou-me com as suas aulas e contribuiu para me incutir os valores de colaboração e resiliência em investigação científica e em particular dentro do nosso grupo no IA de Sistemas Planetários.

Quais são as melhores recordações que guarda da Faculdade?

JD - Tive a oportunidades de fazer boas amizades e de manter um espírito de colaboração e entreajuda entre mim, colegas e professores. Uma das memórias que valorizo são as aulas da “cadeira” de Astronomia, lecionada pelo professor João Lin Yun. Aprendi imenso e foi nestas aulas que travei algumas amizades com colegas com os mesmos interesses no estudo do Sistemas Planetários e Atmosferas Planetárias, com quem mantenho o contacto.

Que conselhos deixa aos jovens que pretendem seguir esta área?

JD - O meu conselho é que prossigam os seus objetivos e que acima de tudo vejam os obstáculos que surgem como uma oportunidade para uma nova aprendizagem. Na minha opinião é importante também que falem desde cedo com os professores, para conhecerem o ambiente de investigação e as missões espaciais com participação portuguesa. A área de Ciências Planetárias é uma área multidisciplinar que reúne conhecimentos da Física, Química, Biologia, Geofísica, entre outras, pelo que há muitas possibilidades de estudos a prosseguir.

O jovem que pretende concorrer a doutoramento na Faculdade sempre quis perceber qual a "maquinaria" por detrás da origem do Universo e como se formaram e evoluíram os planetas do Sistema Solar. Por isso escolheu a licenciatura em Física na Ciências ULisboa, em 2015. “Era o caminho certo a seguir para adquirir as bases e ferramentas necessárias para estudar estes assuntos”, diz. 
No último ano da licenciatura, João Dias desenvolveu um trabalho de investigação em Sistemas Planetários, no IA Ciências ULisboa, no âmbito da disciplina Laboratório de Astrofísica. Este trabalho despertou o seu interesse pela Astrofísica e em particular pelo estudo da dinâmica e química das Atmosferas Planetárias. O ano passado terminou o mestrado em Física, especialização em Astrofisica e Cosmologia. As disciplinas que mais gostou foram Sistemas Planetários, Astrofísica Extragalática e Radio Astronomia.
Como mais-valias da licenciatura destaca “a formação de elevada qualidade e o empenho que os professores empregam no ensino e acompanhamento dos alunos”. No que diz respeito ao mestrado, comenta que tem uma oferta variada em termos de disciplinas, tendo em conta a multidisciplinariedade da Astronomia e Astrofísica, precisando que os estudantes “a nível de investigação são muito bem-recebidos e expostos a diversos desafios”. 

Como correu este estudo em concreto?

JD - Foi um trabalho desafiante e novo para mim, mas aprendi a ser resiliente e a importância da colaboração na investigação científica. Tive a oportunidade de colaborar e aprender com vários investigadores de topo da área de Ciências Planetárias que me guiaram em diversas situações através da apresentação do meu trabalho em algumas conferências. Devido à situação de pandemia, como muitos outros estudantes, foi desafiante manter a motivação tendo em conta a falta de comunicação com o meu orientador e colegas de forma presencial.

Este estudo foi realizado no âmbito do mestrado. Como surgiu a hipótese de colaborar nesta investigação?

JD - A colaboração que mantenho com o professor Pedro Machado e outros colegas no IA, no âmbito do estudo da dinâmica e evolução das Atmosferas Planetárias, foi fundamental para me abrir portas e me dar as ferramentas necessárias para realizar este estudo, que se enquadra no âmbito de participação do nosso grupo no IA em missões espaciais como a EnVision (Vénus) e a Ariel (exoplanetas).

Neste momento como é que é o seu dia-a-dia?

JD - Estou a preparar-me para apresentar os resultados do nosso trabalho em algumas conferências. De resto, estou a continuar a expandir as colaborações que tenho com os meus colegas no IA.

Que planos tem para o futuro?

JD - Estou a começar a dar os primeiros passos nos meus estudos e tenho muito que aprender ainda e por isso estou altamente motivado para continuar a minha contribuição para a área de Sistemas Planetários e Atmosferas Planetárias. Nesse sentido, estou a preparar um projeto de doutoramento que terá como alvo de estudo a evolução das atmosferas de Vénus e Marte. Neste sentido, estou a começar a colaborar nalguns trabalhos no âmbito das missões ExoMars, que atualmente orbita Marte; EnVision, para estudar a atividade geológica em Vénus e sua evolução atmosférica; e Ariel, que irá estudar as atmosferas dos exoplanetas, pelo que beneficia do estudo das atmosferas do Sistema Solar como modelos template para os exoplanetas, todas da ESA.

Ana Subtil Simões, Gabinete Jornalismo Ciências ULisboa, com Grupo de Comunicação de Ciência do IA
info.ciencias@ciencias.ulisboa.pt
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