Em 17eu No século XIX, 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, detectaram enormes anéis individuais formados por incontáveis arcos aninhados.
Séculos mais tarde, a missão Cassini-Huygens (Cassini) da NASA continuou essa busca. Desde 2005, tem produzido imagens fascinantes que remodelaram a compreensão dos cientistas sobre Saturno. Entre as descobertas mais dramáticas estavam gêiseres gigantes 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 sonda Cassini, fornecem uma estimativa refinada de quanto gelo Enceladus perde para o espaço. Os resultados apoiam planos para futuras explorações robóticas e uma visão mais profunda das condições abaixo da superfície da Lua, que podem ser adequadas para a vida.
“A taxa de fluxo de massa de Encélado é 20 a 40 por cento menor do que a encontrada na literatura científica”, disse Arnaud Mahieux, pesquisador sênior do Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial e associado do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Engenharia Mecânica da UT Austin.
Plumas de modelagem: métodos e avanços DSMC
Mahieux é o autor correspondente de um estudo computacional de Encélado publicado em agosto de 2025 na revista Geophysical Research: Planets. Neste trabalho, ele e colaboradores desenvolveram modelos de Simulação Direta Monte Carlo (DSMC) para melhor caracterizar a estrutura e o comportamento das enormes plumas de vapor de água e grãos de gelo ejetados das aberturas superficiais de Encélado.
A pesquisa estende pesquisas anteriores de 2019 lideradas por Mahieux, que primeiro aplicou modelos DSMC para determinar as condições iniciais da pluma, incluindo tamanho da ventilação, proporção de grãos de gelo em relação ao vapor de água, temperatura e velocidade de saída.
“A simulação DSMC é muito cara”, disse Mahieux. “Usamos os supercomputadores TACC em 2015 para reduzir o tempo de computação de 48 horas para apenas alguns milissegundos para derivar as parametrizações.”
Usando esta parametrização matemática e as medições in-situ da Cassini enquanto ela voava através das plumas, a equipe calculou a densidade e a velocidade da pluma para a atividade criovulcânica de Encélado.
“O principal resultado do nosso novo estudo é que, para 100 fontes criovulcânicas, podemos restringir a taxa de fluxo de massa e outros parâmetros que não foram obtidos antes, como a temperatura à qual o material estava a sair. Este é um grande passo na compreensão do que está a acontecer em Encélado,” disse Mahieux.
Um mundo pequeno com jatos poderosos
Encélado tem apenas 500 quilómetros de diâmetro e a sua fraca gravidade não consegue conter totalmente os jactos de gelo que escapam das suas aberturas. Os modelos DSMC são responsáveis por isso. As técnicas anteriores tratavam a física e a dinâmica dos gases com menos rigor do que os métodos DSMC. O que Encélado faz é vomitar lava no espaço como um vulcão – vapor de água e gelo gelado sem o material ejetado.
As simulações rastreiam o comportamento do gás em nível microscópico à medida que as partículas se movem, colidem e trocam energia, de forma semelhante às bolinhas de gude que batem umas nas outras. Eles simulam dezenas de milhões de moléculas em intervalos de microssegundos. O método DSMC permite cálculos com pressões mais baixas e mais realistas do que antes, com tempos de viagem mais longos entre colisões.
David Goldstein, professor da UT Austin e coautor do estudo, liderou o desenvolvimento do código DSMC chamado PLANET em 2011. A TACC concedeu a Goldstein alocações para os sistemas Lonestar6 e Stampede3 por meio do Portal de Infraestrutura Cibernética de Pesquisa da Universidade do Texas, que apoia pesquisadores em 14 instituições do Sistema UT.
“O sistema TACC possui uma arquitetura excelente que oferece muita flexibilidade”, afirma Mahieux. “Se usássemos apenas o código DSMC num portátil, só poderíamos simular domínios minúsculos. Graças ao TACC, podemos simular até 10 quilómetros acima da superfície de Encélado, onde as plumas se estendem para o espaço.”
Mundo oceânico além da linha da neve
Saturno está além da “linha de neve” do sistema solar junto com outros planetas gigantes, incluindo Júpiter, Urano e Netuno.
“Debaixo dessas ‘grandes bolas de gelo’ há um oceano de água líquida”, disse Mahieux. “Estes são muitos outros mundos, além da Terra, que têm um oceano líquido. As plumas de Encélado abrem uma janela para as condições subterrâneas.”
O que vem a seguir: Busca pela Missão e pela Vida
A NASA e a Agência Espacial Europeia estão a desenvolver conceitos de missão para revisitar Encélado que vão além de breves sobrevôos. Os planos incluem pousar na superfície e perfurar o gelo para coletar amostras do oceano subjacente em busca de sinais de vida sob o gelo. Ao analisar o material da pluma, os cientistas podem avaliar as condições da superfície sem penetrar na crosta.
“Os supercomputadores podem nos dar respostas a perguntas que não poderíamos fazer há 10 ou 15 anos”, diz Mahieux. “Agora podemos chegar muito mais perto de imitar o que a natureza está fazendo.”
