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Nova técnica usa imagens remotas para reconstruir fluxos de rios, atuais ou antigos, na Terra, em Titã e em Marte

Fonte

MIT | Instituto de Tecnologia de Massachusetts

Data

quinta-feira, 13 julho 2023 06:20

Áreas

Ciência Ambiental. Ciência de Dados. Geociências. Geografia. Hidrologia. Oceanografia. Recursos Hídricos.

Rios fluíram em dois outros mundos do sistema solar além da Terra: em Marte, onde rastros secos e crateras são tudo o que resta de rios e lagos antigos, e Titã, a maior lua de Saturno, onde rios de metano líquido ainda fluem hoje.

Uma nova técnica desenvolvida por geólogos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) permite que os cientistas vejam com que intensidade os rios costumavam fluir em Marte e como eles atualmente fluem em Titã. O método usa observações de satélite para estimar a taxa na qual os fluidos e sedimentos escoam em rios.

Aplicando a nova técnica, a equipe do MIT calculou a velocidade e a profundidade dos rios em certas regiões de Marte há mais de 1 bilhão de anos. Os pesquisadores também fizeram estimativas semelhantes para os rios atualmente ativos em Titã, embora a espessa atmosfera da lua e a distância da Terra dificultem sua exploração, com muito menos imagens disponíveis de sua superfície do que as de Marte.

“O que é empolgante em Titã é que eles são ativos. Com esta técnica, temos um método para fazer previsões reais para um local onde não obteremos mais dados por muito tempo”, disse o Dr. Taylor Perron, professor do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “E em Marte, isso nos dá uma máquina do tempo, para pegar os rios que estão mortos agora e ter uma noção de como eles eram quando estavam fluindo ativamente”, continuou o pesquisador.

O Dr. Perron e seus colegas publicaram os resultados na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Os coautores do trabalho são o primeiro autor Dr. Samuel Birch, Dr. Paul Corlies e Dr. Jason Soderblom – pesquisadores do MIT – juntamente com Rose Palermo e o Dr. Andrew Ashton, da Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), o Dr. Gary Parker, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e colaboradores da Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), Universidade Yale e Universidade de Cornell.

Matemática dos rios

O estudo da equipe surgiu da perplexidade do Dr. Perron e do Dr. Birch sobre os rios de Titã. As imagens capturadas pela sonda Cassini da NASA mostraram uma curiosa falta de deltas em forma de leque na foz da maioria dos rios da lua, ao contrário de muitos rios na Terra. Será que os rios de Titã não carregam fluxo ou sedimentos suficientes para construir deltas?

O grupo se baseou no trabalho do Dr. Gary Parker, que nos anos 2000 desenvolveu uma série de equações matemáticas para descrever o fluxo de rios na Terra. O professor Parker havia estudado medições de rios feitas diretamente no campo por outros pesquisadores. A partir desses dados, ele descobriu que havia certas relações universais entre as dimensões físicas de um rio – largura, profundidade e declive – e a velocidade com que ele corria. Ele elaborou equações para descrever essas relações matematicamente, levando em conta outras variáveis, como o campo gravitacional atuando no rio e o tamanho e a densidade do sedimento sendo empurrado ao longo do leito do rio.

“Isso significa que rios com gravidade e materiais diferentes devem seguir relações semelhantes. Isso abriu a possibilidade de aplicar isso a outros planetas também”, disse o professor Perron.

Terra, Marte e Titã

Na Terra, os geólogos podem fazer medições de campo da largura, inclinação e tamanho médio dos sedimentos de um rio, os quais podem ser inseridos nas equações do professor Parker para prever com precisão a vazão de um rio ou quanta água e sedimentos podem ser movidos rio abaixo. Mas para rios em outros planetas, as medições são mais limitadas e amplamente baseadas em imagens e medições de elevação coletadas por satélites remotos. Para Marte, vários orbitadores obtiveram imagens de alta resolução do planeta. Para Titan, as visualizações são poucas e distantes entre si.

O Dr. Samuel Birch percebeu que qualquer estimativa do fluxo do rio em Marte ou Titã teria que se basear nas poucas características que podem ser medidas a partir de imagens e topografia remotas – ou seja, a largura e a inclinação de um rio. Com alguns ajustes algébricos, ele adaptou as equações do professor Parker para trabalhar apenas com entradas de largura e inclinação. Ele então reuniu dados de 491 rios na Terra, testou as equações modificadas nesses rios e descobriu que as previsões baseadas apenas na largura e na inclinação de cada rio eram precisas.

Em seguida, ele aplicou as equações a Marte e, especificamente, aos rios antigos que conduzem às crateras Gale e Jezero, que se acredita terem sido lagos cheios de água bilhões de anos atrás. Para prever a vazão de cada rio, ele inseriu as equações da gravidade de Marte e estimativas da largura e inclinação de cada rio, com base em imagens e medições de elevação feitas por satélites em órbita.

A partir de suas previsões das taxas de fluxo, a equipe descobriu que os rios provavelmente fluíram por pelo menos 100.000 anos na Cratera Gale e pelo menos 1 milhão de anos na Cratera Jezero – tempo suficiente para possivelmente sustentar a vida. Eles também foram capazes de comparar suas previsões do tamanho médio dos sedimentos no leito de cada rio com medições reais de sedimentos marcianos perto de cada rio, feitas pelos rovers Curiosity e Perseverance da NASA. Essas poucas medições de campo permitiram à equipe verificar se suas equações, aplicadas em Marte, eram precisas.

A equipe então se aproximou de Titã. Eles se concentraram em dois locais onde as encostas dos rios podem ser medidas, incluindo um rio que deságua em um lago do tamanho do Lago Ontário. Este rio parece formar um delta ao desaguar no lago. No entanto, o delta é um dos poucos que se pensa existir em Titã – quase todos os rios visíveis que desaguam em um lago misteriosamente não possuem um delta. A equipe também aplicou seu método a um desses outros rios sem delta.

Os pesquisadores calcularam o fluxo de ambos os rios e descobriram que eles podem ser comparáveis a alguns dos maiores rios da Terra, com deltas estimados para ter uma vazão tão grande quanto o rio Mississippi, nos Estados Unidos. Ambos os rios devem mover sedimentos suficientes para construir deltas. No entanto, a maioria dos rios em Titã não possui depósitos em forma de delta. Algo mais deve estar em ação para explicar essa falta de depósitos fluviais.

Em outra descoberta, a equipe calculou que os rios em Titã deveriam ser mais largos e ter um declive mais suave do que os rios com o mesmo fluxo na Terra ou em Marte. “Titã é o lugar mais parecido com a Terra. Nós só tivemos um vislumbre disso. Há muito mais que sabemos que está lá embaixo, e essa técnica remota está nos aproximando um pouco mais [desse conhecimento]”, concluiu o Dr. Samuel Birch.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (em inglês).

Fonte: Jennifer Chu, MIT News Office. Imagem: captura da missão Cassini mostra redes fluviais drenando para lagos na região polar norte de Titã. Fonte: NASA/JPL/USGS.