O Futuro da Exploração de Marte Vem das Festas Rave - Quarta Científica #4

Créditos da imagem: io9.com

Uma missão à Marte capturou a imaginação do público e a possibilidade de dar esse segundo pequeno passo nunca pareceu tão real. Atualmente, a NASA tem planos de mandar humanos para o planeta vermelho até a década de 2030.

Se um dia quisermos ter colônias no Planeta Vermelho, precisaremos de geradores de energia. Isso implica em encontrar fontes de energia e substâncias de trabalho para girar as turbinas e converter o calor em eletricidade útil.

Em uma pesquisa publicada na revista Nature Communications, meus colegas e eu descobrimos um jeito de fazer isso usando uma substância fácil de se encontrar em Marte: dióxido de carbono sólido, também conhecido como gelo seco.

Nós desenvolvemos um motor que pode gerar energia a partir do gelo seco virando gás. Isso pode virar o jogo na exploração de Marte.

Para entender o porquê, voltemos para a Terra um pouco. Aqui, nós usamos água para transformar a energia potencial do carvão, do petróleo ou do gás em energia mecânica ou elétrica utilizável, através do que se chama de "máquina térmica". Em um motor a vapor, o tipo mais comum, usa-se combustível para aquecer a água até virar vapor de alta pressão. Esse vapor, então, move uma turbina para gerar eletricidade ou um motor locomotivo para gerar movimento.

A água é uma substância ideal para isso, já que é abundante e barata, além de ser capaz de mudar seu estado físico (de líquido para vapor) a uma temperatura que a tecnologia terrestre gera com facilidade.

Mas essa situação muda completamente em Marte; apesar da água ainda estar presente na superfície, ela está em estado sólido. Aquecê-la até derreter e, depois, até ferver, demandaria energia demais.

Por outro lado, o gelo seco marciano já existe próximo de seu "ponto de sublimação" - a temperatura em que ele passa direto de sólido para gasoso. Portanto, só é necessário um cutucãozinho para fazê-lo mudar de estado. O desafio foi captar a energia gerada nessa troca de modo a operar uma máquina térmica - ou mesmo uma colônia inteira.

Ciência de Fogão

Nós nos voltamos para um efeito científico comum que você já deve ter percebido na sua cozinha. Quando uma gota d'água é colocada em uma superfície mais quente que 100ºC, ela ferve e evapora, criando vapor. No entanto, quando a superfície chega a um determinado patamar de temperatura, conhecido como ponto de Leidenfrost, a água não ferve mais. Ao invés disso, ela fica sobre uma nuvem de seu próprio vapor e levita sobre a superfície. Esse é o efeito Leidenfrost.

O mesmo efeito permite que o gelo seco levite livremente sobre superfícies sólidas, já que ele passa de sólido para vapor e, portanto, também flutua sobre uma nuvem do gás que acaba de se formar.

Isso pode ser útil para nós. Ao colocar gotículas de água e bloquinhos de gelo seco sobre superfícies aquecidas no formato de turbinas, usamos o efeito Leidenfrost para criar movimento rotacional. As turbinas direcionam o vapor liberado, que gera um fluxo para fazer a superfície em levitação rodar.

Uma Máquina Térmica a Sublimação

Em uma série de experimentos, nós demonstramos que o dióxido de carbono é uma substância de trabalho viável para máquinas térmicas. Ao direcionar o vapor da sublimação de discos de gelo seco, conseguimos usá-los para gerar eletricidade.

O x da questão é que o vapor produzido pelo gelo seco gera pressão suficiente para superar a gravidade, suspendendo o disco acima da superfície da turbina através do efeito Leidenfrost. Desse modo, os discos se tornam hélices flutuantes, que geram pouquíssimo atrito.

Máquinas Térmicas em Marte

Não se encontra gelo seco na natureza aqui na Terra. Porém, imagens do satélite Mars Reconnaissance Orbiter da NASA mostram que a realidade é diferente em Marte, onde existem córregos de quase 2km de comprimento. Essas estruturas são muito diferentes dos córregos de água da Terra.

Ao invés de se espalhar no final, como aconteceria com um córrego de água terrestre, os de Marte terminam em uma depressão única. Cientistas da Nasa demonstraram recentemente que esses padrões podem ter sido criados pelo deslizamento de pedras de gelo seco, que sublimam quando as temperaturas sobem no verão.

De onde se conclui que o dióxido de carbono tem, em Marte, um papel similar à água na Terra. É um recurso abundante que sofre mudanças de estado cíclicas com a variação sazonal de temperatura. Talvez as futuras usinas de força em Marte se aproveitem de todo esse CO2 para coletar a energia dessa sublimação conforme o gelo seco evapora, ou então para aproveitar a energia química extraída de outras fontes carboníferas, como o gás metano.

Uma coisa é certa: nosso futuro como colonizadores de planetas depende de nossa habilidade de adaptar nosso conhecimento aos percaços que mundos estranhos apresentam, e de criar maneiras criativas de explorar recursos que não existem naturalmente aqui na Terra.

Fonte: IFLScience