às 17o No século XX, Christian Huygens e Giovanni Cassini focaram os seus telescópios em Saturno e perceberam que as suas faixas brilhantes não eram estruturas sólidas. Em vez disso, encontraram enormes anéis independentes formados por incontáveis arcos aninhados.
Séculos mais tarde, a missão Cassini-Huygens da NASA alimentou esta exploração. A partir de 2005, retornou imagens impressionantes que remodelaram a compreensão dos cientistas sobre Saturno. Uma das descobertas mais impressionantes foram os imponentes gêiseres na lua gelada Enceladus, que lançaram detritos no espaço e criaram um tênue sub-anel ao redor do planeta.
Nova simulação: quanto gelo escapa de Encélado
Simulações recentes de supercomputadores do Texas Advanced Computing Center (TACC) baseadas em dados da espaçonave Cassini estimaram com precisão a quantidade de gelo que Encélado perdeu para o espaço. As descobertas apoiam o planejamento para futuras explorações robóticas e melhoram a compreensão das condições adequadas para a vida abaixo da superfície lunar.
“A taxa de fluxo de massa em Encélado é 20 a 40 por cento menor do que o relatado na literatura científica”, disse Arnaud Mahieux, pesquisador sênior do Instituto Real de Aeronáutica e Astronáutica da Bélgica e afiliado ao Departamento de Engenharia Aeroespacial e Engenharia Mecânica da Universidade do Texas em Austin.
Modelagem de plumas: métodos e avanços DSMC
Mahieux é o autor correspondente do estudo computacional de Encélado, publicado em agosto de 2025 no Journal of Geophysical Research: Planets. Neste trabalho, ele e seus colaboradores criaram modelos de simulação direta de Monte Carlo (DSMC) para melhor caracterizar a estrutura e o comportamento das gigantescas plumas de vapor de água e partículas de gelo ejetadas pelas aberturas na superfície de Encélado.
O estudo dá continuidade a um estudo anterior liderado por Mahieux em 2019, que foi o primeiro a aplicar um modelo DSMC para inferir as condições iniciais da pluma, incluindo tamanho da ventilação, proporção de vapor de água para partículas de gelo, temperatura e velocidade de saída.
“A simulação DSMC é muito cara”, disse Mahieux. “Usamos o supercomputador TACC para obter parametrizações em 2015, reduzindo os tempos de cálculo de 48 horas para milissegundos agora.”
Usando essas parametrizações matemáticas e medições in-situ do sobrevoo da pluma da Cassini, a equipe calculou a densidade da pluma e a velocidade do criovulcanismo em Encélado.
“A principal descoberta do nosso novo estudo é que, para 100 fontes criogénicas de vulcões, podemos restringir o fluxo de massa e outros parâmetros anteriormente não derivados, como a temperatura a que o material sai. Este é um grande passo em frente na compreensão do que está a acontecer em Encélado,” disse Mathieux.
Um mundo pequeno com jatos poderosos
Encélado tem apenas 500 quilómetros de diâmetro e a sua fraca gravidade não consegue reter totalmente os jactos gelados que saem das suas aberturas. O modelo DSMC ilustra este ponto. As primeiras técnicas tratavam a física e a dinâmica dos gases com menos rigor do que a abordagem DSMC. Encélado age de forma semelhante a um vulcão que ejeta lava para o espaço, exceto que as ejeções são plumas de vapor d’água e gelo.
A simulação rastreia o comportamento do gás em um nível microscópico à medida que as partículas se movem, colidem e trocam energia, como bolas de gude batendo umas nas outras. Eles simularam milhões de moléculas em intervalos de microssegundos. O método DSMC também pode realizar cálculos em pressões mais baixas e mais realistas do que era possível anteriormente, com tempos de propagação mais longos entre colisões.
David Goldstein, professor da Universidade do Texas em Austin e coautor do estudo, liderou o desenvolvimento de um código DSMC chamado Planet em 2011. A TACC forneceu a Goldstein a distribuição dos sistemas Lonestar6 e Stampede3 através do Portal de Infraestrutura de Rede de Pesquisa da UT, que apoia pesquisadores em todas as 14 instituições do Sistema UT.
“O sistema TACC possui uma arquitetura excelente que oferece muita flexibilidade”, disse Mahieux. “Se usássemos apenas o código DSMC num portátil, só poderíamos simular domínios minúsculos. Com o TACC, podemos simular até 10 quilómetros da superfície de Encélado, onde as plumas se expandem para o espaço.”
O mundo oceânico além da linha da neve
Saturno está além da “linha de neve” do sistema solar, juntamente com outros planetas gigantes com luas geladas, incluindo Júpiter, Urano e Netuno.
“Há um oceano de água líquida embaixo dessas ‘grandes bolas de gelo’”, disse Mahieux. “Além da Terra, existem muitos outros mundos com oceanos líquidos. As plumas de Encélado abrem uma janela para o que está acontecendo no subsolo.”
O que vem a seguir: missão e exploração da vida
A NASA e a Agência Espacial Europeia estão a preparar conceitos de missão para revisitar Encélado que iriam além de um breve sobrevoo. Os planos incluem pousar na superfície e perfurar o gelo para obter amostras do fundo do oceano, em busca de sinais de vida sob quilômetros de gelo. Ao analisar o material da pluma, os cientistas podem avaliar as condições do subsolo sem penetrar na crosta terrestre.
“Os supercomputadores podem nos dar respostas a perguntas que não poderíamos imaginar há 10 ou 15 anos”, disse Mahieux. “Agora podemos simular mais de perto o comportamento da natureza.”
