Nuvens imponentes ondulam pela superfície de Júpiter em padrões dramáticos. Como as nuvens na Terra, elas contêm água, mas em Júpiter são mais densas e profundas. Estas camadas são tão espessas que nenhuma nave espacial consegue observar diretamente o que está abaixo delas.
Agora, os cientistas deram um passo importante para resolver este mistério. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório de Propulsão a Jato produziu o modelo mais detalhado da atmosfera de Júpiter já construído. Este trabalho proporciona uma compreensão mais profunda do interior da Terra sem ter que mergulhar fisicamente nas suas profundezas de tirar o fôlego.
Uma descoberta importante do estudo ajuda a resolver um debate de longa data sobre a composição de Júpiter. Os pesquisadores estimam que o gigante gasoso tenha cerca de uma vez e meia a quantidade de oxigênio que o Sol. Os resultados aprofundam a compreensão dos cientistas sobre como Júpiter e o resto do sistema solar se formaram.
“Este é um debate de longa data na investigação planetária”, disse Jeehyun Yang, investigador de pós-doutoramento na Universidade de Chicago e principal autor do estudo. “Isto demonstra como a última geração de modelos computacionais pode transformar a nossa compreensão de outros planetas.”
O estudo foi publicado em 8 de janeiro revista de ciência planetária.
Tempestades, nuvens e pistas químicas
Os astrónomos têm observado a atmosfera turbulenta de Júpiter durante séculos. Há mais de 360 anos, as primeiras observações telescópicas revelaram a existência de uma característica massiva e persistente na superfície da Terra.
A característica é agora conhecida como Grande Mancha Vermelha, uma enorme tempestade com cerca de duas vezes o tamanho da Terra que vem ocorrendo há centenas de anos. É apenas parte do sistema de ventos fortes e nuvens espessas que cobre Júpiter, que está em movimento quase constante.
Embora essas tempestades sejam visíveis à distância, o que está por baixo delas permanece em grande parte desconhecido. As nuvens de Júpiter são tão densas que a sonda Galileo da NASA perdeu contacto com a Terra quando mergulhou na atmosfera de Júpiter em 2003. Hoje, a missão Juno da NASA estuda Júpiter em órbita, recolhendo dados a uma distância segura.
Em órbita, os cientistas podem identificar produtos químicos na alta atmosfera, incluindo amônia, metano, hidrossulfeto de amônio, água e monóxido de carbono. Os pesquisadores combinaram essas medições com reações químicas conhecidas para inferir o que poderia estar acontecendo sob as nuvens.
Mesmo assim, estudos anteriores chegaram a conclusões contraditórias, especialmente quando se trata de estimar a quantidade de água e oxigénio que Júpiter contém. Young reconheceu que novas técnicas de modelagem poderiam ajudar a resolver essas divergências.
Nova maneira de simular a atmosfera de Júpiter
A atmosfera de Júpiter é um labirinto químico. As moléculas movem-se entre as temperaturas escaldantes das profundezas da Terra e as regiões mais frias acima, alternando entre diferentes estados e reorganizando-se através de milhares de reações. Além disso, nuvens e gotículas de água se formam, se dissolvem e interagem com o ambiente.
Para capturar toda esta complexidade, Yang e colegas combinaram a química atmosférica e a dinâmica dos fluidos num único modelo. Esta abordagem permite que simulações rastreiem simultaneamente reações químicas e o movimento de gases, nuvens e gotículas.
“Você precisa de ambos”, disse Young. “A química é importante, mas não o comportamento das gotículas de água ou das nuvens. A dinâmica dos fluidos por si só simplifica demais a química. Portanto, é importante reuni-los.”
Esta abordagem combinada nunca foi realizada em um nível tão detalhado antes e leva a alguns insights importantes.
Oxigênio, água e origens planetárias
O modelo fornece uma nova estimativa do conteúdo de oxigénio de Júpiter, sugerindo novamente que é cerca de uma vez e meia o do Sol. Isto contrasta com um impressionante estudo recente que sugeriu que Júpiter pode conter apenas cerca de um terço do seu oxigénio.
Determinar esse número é importante porque o oxigênio desempenha um papel importante na formação do planeta. Os elementos que constituem os planetas e os seres vivos originam-se do Sol, mas as suas proporções variam de mundo para mundo. Estas diferenças fornecem pistas sobre como os planetas se formaram e de onde vieram.
Uma questão em aberto é se Júpiter se formou na sua órbita atual ou se migrou ao longo do tempo. A maior parte do oxigênio da Terra está retida na água, e a água se comporta de maneira muito diferente dependendo da temperatura. Mais longe do Sol, a água congela e se transforma em gelo, e o gelo é mais fácil de coletar do que o vapor d’água para um planeta em crescimento.
Compreender estas condições não explica apenas o passado de Júpiter. Também poderia ajudar os cientistas a prever que tipos de planetas podem formar-se em torno de outras estrelas e quais planetas podem sustentar vida.
Uma atmosfera mais lenta e misteriosa
O modelo também mostra que a atmosfera de Júpiter circula muito mais lentamente do que os cientistas pensavam. O movimento vertical do gás parece ser significativamente reduzido em comparação com as suposições padrão.
“Nosso modelo mostra que a difusão deve ser 35 a 40 vezes mais lenta do que as suposições padrão”, disse Yang. Uma única molécula pode levar semanas para cruzar a atmosfera, não horas.
“Isto mostra realmente que ainda temos muito que aprender sobre os planetas, mesmo no nosso próprio sistema solar”, disse Young.
Financiamento: NASA, Laboratório de Propulsão a Jato, Instituto de Tecnologia da Califórnia.
