Colhendo hidratação: como coletaremos água em Marte

Há décadas sonhamos em enviar humanos para outro planeta e, com o recente aumento do interesse na exploração de Marte, parece que um dia isso poderá se tornar realidade.

Mas há muito trabalho a fazer antes de estarmos prontos para uma pessoa pisar no planeta vermelho.

De todos os recursos necessários para os visitantes de Marte, um dos mais importantes é a água – não apenas para beber, mas também para fabricar propelentes de foguetes e outras substâncias como oxigênio. E se estivermos na esperança de estabelecer a agricultura lá, precisaremos de muita água para manter as plantações crescendo.

Mas a superfície de Marte parece um deserto seco e inóspito. Hoje, Marte não tem lagos, nem rios, nem chuvas.

Então, de onde vamos tirar nossa água? Conversamos com três especialistas para descobrir.

Este artigo faz parte

Encontrando água em Marte

Embora estejamos a muitos anos de estabelecer uma base totalmente operacional em Marte, agências espaciais como a NASA já estão pensando na questão da água. Trazer água da Terra é impraticável – é muito pesado para transportar toda a água necessária para uma missão em um foguete. Portanto, o plano é coletar água do ambiente de Marte e, para isso, precisaríamos saber onde a água está localizada.

A boa notícia é que existe muita água na forma de gelo na superfície de Marte, inclusive gelo cobrindo os polos e em enormes crateras. A má notícia é que uma missão para essas regiões geladas apresenta seus próprios problemas, como a quantidade de energia necessária para manter humanos e máquinas aquecidos em temperaturas tão baixas quanto -240 ° F. É por isso que o foco da maioria das missões a Marte são as regiões de latitudes médias, onde as temperaturas são mais amenas.

Não há gelo na superfície nessas regiões, embora haja gelo abaixo do solo. Mas, a menos que você queira enviar um astronauta com uma pá para coletar amostras de cada pedaço de terra do planeta, você precisa de uma maneira de mapear o gelo subterrâneo de forma rápida e eficiente.

O x marca o lugar

É nisso que Gareth Morgan e Than Putzig, do Planetary Science Institute, estão trabalhando como parte do projeto Subsurface Water Ice Mapping (SWIM). Eles e seus colegas combinaram 20 anos de dados de cinco diferentes instrumentos orbitais de Marte para mapear onde o gelo provavelmente está localizado abaixo da superfície. Por conta própria, cada conjunto de dados, como leituras de radar ou indicações de hidrogênio, só pode dizer muito sobre se o gelo está em um determinado local, mas em combinação, eles podem indicar quais seriam os principais locais para encontrar gelo ser.

O objetivo de seu trabalho é ajudar a NASA a selecionar futuros locais de pouso para missões tripuladas para que os astronautas possam acessar gelo subterrâneo, permitindo o máximo de liberdade possível para selecionar uma exploração cientificamente interessante área.

“A tecnologia e a engenharia definirão como colocar humanos em Marte”, disse Morgan, “e eles terão suas próprias restrições sobre onde isso pode acontecer. Eles também querem que a comunidade científica encontre os lugares mais cientificamente viáveis, interessantes e fascinantes para pousar. Portanto, nosso trabalho é unir esses dois mundos, dando a ambas as equipes uma ampla compreensão de onde estão os recursos.”

Este mapa pode mostrar onde é provável que o gelo seja encontrado, mas apenas se esse gelo estiver a menos de cinco metros abaixo do solo. Também é difícil ser preciso sobre a profundidade exata do gelo em uma determinada área porque os métodos de detecção usados ​​só podem fornecer estimativas aproximadas do conteúdo de gelo ali.

E há uma grande diferença prática em quão difícil é acessar o gelo que está alguns centímetros abaixo da superfície e o gelo que está abaixo de metros de rocha densa.

Uma nova ferramenta para detectar gelo

Para descobrir a profundidade do gelo em Marte, precisaremos de novos esforços como o Missão Mars Ice Mapper: Uma espaçonave na qual a NASA e outras agências espaciais internacionais estão trabalhando juntas que irá orbitar Marte e usar dois tipos de metodologias de radar para detectar o quão profundo o gelo está localizado sob o superfície.

“A ideia central é ter um radar de maior frequência e maior resolução”, explicou Putzig. A missão Ice Mapper ainda está em fase de conceito, e ele e Morgan não estão diretamente envolvidos nela. Mas eles ouviram sobre os conceitos da missão de outros cientistas e compartilharam alguns detalhes sobre como ela funcionará.

O primeiro método de radar que o mapeador usará é chamado de imagem de radar de abertura sintética. Isso envolve um radar apontado em um ângulo em relação à superfície, o que “dá uma noção da ampla distribuição de gelo raso”, disse Putzig. “Você pode mapear isso em uma grande região de forma relativamente rápida com esse método.”

O segundo método é a sondagem do radar, onde o radar é apontado diretamente para baixo para ricochetear no topo da camada de gelo. Isso indica a profundidade da camada de gelo. Quando você combina os dois, “você obtém uma visão de mapa e uma visão transversal”, disse ele.

E então você sabe onde cavar.

Acessando a água assim que a encontramos

Localizar gelo é apenas o primeiro passo para coletar água. Para passar de blocos de gelo sólido abaixo do solo para água limpa e segura para beber e outros fins, precisaremos encontrar uma maneira de extrair e processar o gelo.

Se você sabe a que profundidade o gelo está localizado e acha que há uma quantidade considerável de gelo para acessar, pode detalhar para chegar até ele. O problema, como Sydney Do, líder do Projeto de Mapeamento Mars Water no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, explicou: é que você precisa saber em que tipo de rocha vai perfurar para poder trazer a ferramenta certa para o trabalho.

Atualmente, nossa compreensão da composição da superfície e da subsuperfície de Marte é limitada, o que tem causado problemas em missões marcianas como o InSight, onde a sonda de calor da sonda não poderia ficar abaixo da superfície porque o solo tinha níveis de atrito ligeiramente diferentes do esperado. Portanto, precisaremos de mais informações sobre a composição das rochas em uma determinada área antes de podermos projetar uma perfuratriz para abrir um túnel nela.

Depois de perfurar um buraco no gelo, você pode usar um sistema chamado poço Rodriguez, atualmente em uso na Terra em lugares como Antártica, para acessar a água. Essencialmente, você submerge uma haste aquecida no orifício perfurado, que derrete o gelo e cria um poço de água líquida que você pode bombear para a superfície. Isso requer o fornecimento de energia na forma de calor, mas é uma maneira eficiente de acessar grandes quantidades de água.

pedras assadas

Há também outra opção para coletar água: podemos extraí-la de minerais hidratados, abundantes em muitas áreas de Marte. Existem rochas como gesso lá que contêm água e, se você esmagar e depois assar essas rochas, poderá condensar a água e recolhê-la.

Mas identificar esses minerais não é fácil. Para identificar esses minerais hidratados da órbita, os pesquisadores usam uma técnica chamada espectroscopia de refletância. Os instrumentos nas espaçonaves em torno de Marte podem detectar a luz solar refletida na superfície, criando o que chamamos de espectros. Alguns comprimentos de onda da luz refletida são absorvidos por certos produtos químicos, permitindo aos cientistas inferir do que são feitas as rochas abaixo. Mas esse sinal é apenas a média da área observada e pode haver vários produtos químicos que absorvem os mesmos comprimentos de onda. Portanto, decifrar os diferentes sinais pode ser um desafio.

“A maneira que gosto de explicar é: você tem um bolo que recebeu”, disse Do. “Você tem que tentar e descobrir de quais ingredientes foi feito e quanto de cada ingrediente contribuiu para fazer isso bolo. Isso é essencialmente o que estamos fazendo com esses sinais reflexivos – estamos tentando decompô-los em suas partes constituintes para descobrir o que há lá dentro”.

Tornando a água segura

De qualquer forma, depois de coletar água derretendo gelo ou assando pedras, você precisa processá-la. A água pode estar cheia de impurezas nocivas, como metais pesados ​​ou sais como percloratos, por isso precisa ser limpa e dessalinizada antes de ser usada. Em teoria, sabemos como fazer isso fazendo um processamento semelhante à água na Terra, mas um desafio em Marte é que atualmente não sabemos quais contaminantes esperar.

Como muitos aspectos da gestão da água em Marte, a questão não está no conceito, mas na execução. A tecnologia de gerenciamento de água na Terra é bem compreendida, mas ainda há muito a fazer antes que possamos construir um sistema que funcione em outro planeta.

“Conhecemos os princípios fundamentais para fazer isso”, disse Do. “Mas não entendemos completamente as condições ambientais nas quais teríamos que operar esta máquina.” Tudo, desde a fina atmosfera de Marte até sua baixa gravidade e sua poeira abundante poderia mudar a maneira como as máquinas operam. Sem mencionar que não apenas um sistema de água teria que ser pequeno e leve o suficiente para ser colocado em um foguete, mas também teria que ser extremamente confiável - não há oficinas de reparo em Marte.

É aqui que a próxima fronteira da inovação tecnológica emergirá. Temos o conhecimento agora de como construir um sistema de extração e processamento de água, disse Do, “mas virar esses princípios em tecnologia que funcione de maneira confiável no ambiente que esperamos - isso ainda é abrir."

Este artigo faz parte Vida em Marte – uma série de 10 partes que explora a ciência e a tecnologia de ponta que permitirão aos humanos ocupar Marte

Recomendações dos editores

• Um trajeto cosmológico: a complicada logística de colocar pessoas em Marte
• Aperfeiçoando a propulsão: como levaremos humanos a Marte
• Castelos de areia: como faremos habitats com solo marciano
• Atmosferas artificiais: como construiremos uma base com ar respirável em Marte
• Astroagricultura: como cultivaremos em Marte