As nuvens espalham-se pela superfície de Júpiter em padrões dramáticos. Como as nuvens na Terra, elas contêm água, mas em Júpiter são muito mais densas e profundas. Estas camadas são tão espessas que nenhuma nave espacial foi capaz de observar diretamente o que está abaixo delas.
Agora, os cientistas deram um grande passo para resolver esse mistério. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório de Propulsão a Jato produziu o modelo mais detalhado já feito da atmosfera de Júpiter. O trabalho proporciona uma visão mais profunda do interior do planeta sem a necessidade de descer fisicamente às suas profundezas esmagadoras.
Uma das principais conclusões do estudo ajuda a resolver um debate de longa data sobre a composição de Júpiter. Os pesquisadores estimam que o gigante gasoso contém cerca de uma vez e meia mais oxigênio que o Sol. O resultado aguça 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 Jaehyun Yang, investigador de pós-doutoramento na UChicago e principal autor do estudo. “Esta é uma prova de como a última geração de modelos computacionais pode mudar a nossa compreensão de outros planetas.”
O estudo foi publicado em 8 de janeiro Jornal de Ciência Planetária.
Tempestades, nuvens e fórmulas químicas
Os astrônomos observaram a atmosfera turbulenta de Júpiter durante séculos. Há mais de 360 anos, as primeiras observações telescópicas revelaram uma característica grande e permanente na superfície do planeta.
Essa característica é agora conhecida como Grande Mancha Vermelha, uma enorme tempestade com quase o dobro do tamanho da Terra que vem ocorrendo há centenas de anos. Faz parte de um sistema planetário de ventos violentos e nuvens espessas que cobrem Júpiter a um ritmo quase constante.
Embora estas tempestades sejam visíveis de longe, 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 em 2003, ao mergulhar na atmosfera do planeta. Hoje, a missão Juno da NASA estuda Júpiter em órbita, coletando dados de uma distância segura.
Em órbita, os cientistas podem detectar produtos químicos na alta atmosfera, incluindo amônia, metano, hidrossulfeto de amônio, água e monóxido de carbono. Os pesquisadores combinam essas medições com reações químicas conhecidas para entender o que pode estar acontecendo sob as nuvens.
No entanto, estudos anteriores chegaram a conclusões contraditórias, especialmente ao estimar a quantidade de água e oxigénio que Júpiter contém. Yang reconhece que novas técnicas de modelagem podem ajudar a resolver essas divergências.
Uma nova maneira de modelar a atmosfera de Júpiter
A atmosfera de Júpiter é um labirinto químico. As moléculas movem-se entre temperaturas escaldantes nas profundezas do planeta e regiões mais frias acima, mudando entre diferentes estados e reorganizando-se através de milhares de reações. Acima disso, nuvens e gotículas se formam, se dissolvem e interagem com o ambiente.
Para capturar toda esta complexidade, Yang e colegas combinaram a química atmosférica com a hidrodinâmica num único modelo. Este método permite que a simulação rastreie reações químicas e gases, nuvens e gotículas simultaneamente.
“Você precisa de ambos”, disse Yang. “A química é importante, mas não inclui o comportamento das gotículas de água ou das nuvens. A hidrodinâmica por si só simplifica muito a química. Portanto, combiná-las é importante.”
Esta abordagem combinada não foi detalhada a este nível antes e levou a vários insights importantes.
Oxigênio, água e origens planetárias
O modelo produziu uma nova estimativa do conteúdo de oxigénio de Júpiter, indicando novamente um valor cerca de uma vez e meia o do Sol. Isto contrasta com um estudo recente de alto perfil que sugeriu que Júpiter poderia ter cerca de um terço do oxigênio.
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 são derivados do Sol, mas as suas proporções podem variar 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 onde orbita atualmente ou se mudou ao longo do tempo. A maior parte do oxigênio do planeta está retida na água, que se comporta de maneira muito diferente dependendo da temperatura. Longe do Sol, a água se transforma em gelo, que é mais fácil de ser coletado pelos planetas em crescimento do que o vapor d’água.
Compreender essas condições não explica apenas o passado de Júpiter. Isto ajuda os cientistas a prever que tipos de planetas poderão formar-se em torno de outras estrelas e quais poderiam potencialmente sustentar vida.
Uma atmosfera mais lenta e misteriosa
O modelo também sugere que a atmosfera de Júpiter circula muito mais lentamente do que os cientistas acreditavam. O movimento vertical dos gases parece ter sido drasticamente reduzido em comparação com as estimativas padrão.
“Nosso modelo sugere que a expansão deveria ser 35 a 40 vezes mais lenta do que a estimativa padrão”, disse Yang. Em vez de passar através de uma camada atmosférica em horas, uma única molécula pode levar semanas.
“Isso realmente mostra o quanto ainda temos que aprender sobre os planetas, mesmo no nosso próprio sistema solar”, disse Yang.
Financiamento: NASA, Laboratório de Propulsão Caltech-Jet.
