Durante anos, Saturno parecia estar fazendo o impossível.
As medições mostram que a taxa de rotação do planeta gigante muda ao longo do tempo, como se Saturno estivesse acelerando ou desacelerando de alguma forma. Os resultados intrigantes deixaram os cientistas em busca de respostas. Agora, pesquisadores que usam o Telescópio Espacial James Webb (JWST) dizem que finalmente resolveram o mistério.
As novas descobertas foram publicadas em Jornal de Pesquisa Geofísica: Física Espacialrevela que as espetaculares luzes do norte de Saturno estão no centro deste fenômeno. A investigação mostra que as auroras de Saturno conduzem um ciclo poderoso que envolve calor, ventos e correntes eléctricas que podem fazer com que o planeta pareça estar a girar a velocidades diferentes, dependendo de como é medido.
O mistério da rotação de Saturno
O mistério remonta a décadas, mas ganhou atenção renovada depois de observações da sonda Cassini da NASA em 2004 terem mostrado que a taxa de rotação de Saturno estava a mudar gradualmente.
Este resultado é difícil de explicar porque os planetas não mudam simplesmente as suas taxas de rotação durante curtos períodos de tempo.
Em 2021, uma equipe liderada pelo professor Tom Stallard, da Northumbria University, propôs uma explicação diferente. A sua investigação mostra que a rotação de Saturno não muda realmente. Em vez disso, os sinais elétricos associados às auroras de Saturno são afetados pelos ventos na atmosfera superior de Saturno. As correntes geradas por estes ventos alteram os sinais aurorais que os cientistas usam para estimar a rotação da Terra.
Embora este estudo explique as medições enganosas, uma questão importante permanece sem resposta: o que impulsiona estes ventos atmosféricos?
James Webb mapeia a aurora de Saturno
Para investigar, Stallard e colegas de instituições do Reino Unido e dos EUA recorreram ao Telescópio Espacial James Webb.
A equipe de pesquisa observou continuamente a região da aurora boreal de Saturno durante todo o dia saturnino. Estas observações fornecem um nível de detalhe que os instrumentos anteriores não conseguiam alcançar.
Os pesquisadores se concentraram na luz infravermelha emitida por uma molécula chamada cátion trihidrogênio. Esta molécula se forma na atmosfera superior de Saturno e serve como um indicador natural de temperatura. Ao analisar o brilho de Saturno, a equipa de investigação criou o mapa mais detalhado até agora da temperatura e densidade das partículas carregadas nas regiões aurorais de Saturno.
A melhoria na precisão é significativa. As primeiras medições apresentavam incertezas de cerca de 50 graus Celsius, dificultando a detecção de pequenas alterações. As observações do Telescópio Espacial James Webb são cerca de dez vezes mais precisas, permitindo aos cientistas identificar pela primeira vez padrões localizados de aquecimento e arrefecimento.
Motor térmico planetário autossustentável
Os novos dados correspondem muito às previsões de modelos computacionais desenvolvidos há mais de uma década. No entanto, estes modelos só funcionam se a fonte de aquecimento atmosférico estiver localizada exactamente onde as partículas aurorais mais fortes entram na atmosfera de Saturno.
Acontece que as auroras de Saturno fazem mais do que apenas criar um espetáculo de luzes deslumbrante.
A energia depositada pelas auroras aquece áreas específicas da atmosfera. Esse aquecimento cria vento, que então cria uma corrente elétrica. Estas correntes alimentam as próprias auroras, que continuam a aquecer a atmosfera e a manter o ciclo geral.
O pesquisador principal, Professor Tom Stallard, disse: “O que estamos vendo é essencialmente uma bomba de calor planetária. As auroras de Saturno aquecem sua atmosfera, a atmosfera impulsiona os ventos, os ventos geram correntes elétricas para alimentar as auroras, e assim por diante. O sistema se alimenta.”
“Durante décadas, sabíamos que algo estranho estava a acontecer com a taxa de rotação aparente de Saturno, mas não conseguíamos explicar. Depois mostrámos que era impulsionado por ventos atmosféricos, mas ainda não sabíamos porque é que esses ventos existiam. Estas novas observações tornadas possíveis pelo JWST dão-nos finalmente a evidência de que precisamos para fechar esse ciclo.”
Influências além de Saturno
A descoberta pode ter implicações muito além de um único planeta.
Os pesquisadores encontraram evidências de que a atmosfera e a magnetosfera de Saturno estão intimamente ligadas. A magnetosfera é uma vasta região do espaço formada pelo campo magnético do planeta. A atividade atmosférica parece afetar as condições da magnetosfera, que devolve energia à atmosfera.
Esta comunicação contínua pode ajudar a explicar porque é que o processo permanece estável ao longo do tempo.
Os pesquisadores dizem que interações semelhantes podem ocorrer em outros planetas.
O professor Stallard acrescentou: “Este resultado muda a nossa visão geral das atmosferas planetárias. Se as condições atmosféricas de um planeta podem dissipar correntes eléctricas no ambiente espacial circundante, compreender o que está a acontecer nas estratosferas de outros mundos poderia revelar interacções que ainda não imaginámos.”
esforços internacionais de pesquisa
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. O telescópio foi projetado para estudar objetos em todo o sistema solar, estudar planetas orbitando estrelas distantes e explorar a origem e evolução do universo. Webb é um projeto internacional liderado pela NASA em parceria com a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
O estudo foi conduzido por pesquisadores da Universidade de Northumbria com colaboradores da Universidade de Boston, da Universidade de Leicester, da Universidade de Aberystwyth, da Universidade de Reading, do Imperial College London, da Universidade de Lancaster e do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC).
