Grandes nuvens flutuam pela superfície de Júpiter em padrões dramáticos. Como as nuvens da 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 passo importante para resolver este mistério. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Chicago e do Laboratório de Propulsão a Jato criou o modelo mais detalhado da atmosfera de Júpiter já criado. O trabalho permite que você olhe mais profundamente nas entranhas do planeta sem a necessidade de descer fisicamente às suas impressionantes profundezas.
Uma das principais conclusões do estudo ajuda a resolver o longo debate sobre a composição de Júpiter. Os pesquisadores estimaram que o gigante gasoso contém cerca de uma vez e meia mais oxigênio que o sol. Este 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 ciência planetária”, disse Jihyun Yang, pós-doutorado da 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 em Revista de Ciência Planetária.
Tempestades, nuvens e pistas químicas
Os astrônomos observaram a atmosfera turbulenta de Júpiter durante séculos. Há mais de 360 anos, as primeiras observações telescópicas revelaram uma estrutura enorme e estável na superfície do planeta.
Esta característica é agora conhecida como Grande Mancha Vermelha, uma tempestade colossal com cerca de duas vezes o tamanho da Terra que dura centenas de anos. Esta é apenas uma parte de todo o sistema planetário de ventos fortes e nuvens espessas que envolvem Júpiter em movimento quase constante.
Embora estas tempestades sejam visíveis de longe, o que está por baixo 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 do planeta 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 investigadores combinam estas medições com reações químicas conhecidas para inferir o que pode estar a acontecer nas profundezas abaixo das nuvens.
Apesar disso, estudos anteriores chegaram a conclusões conflitantes, especialmente ao estimar a quantidade de água e oxigênio que Júpiter contém. Yang reconheceu que novas técnicas de modelagem poderiam 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 as temperaturas abrasadoras nas profundezas do planeta e as regiões mais frias acima, movendo-se entre diferentes estados e reorganizando-se em milhares de reações. Além disso, nuvens e gotículas se formam, se dissolvem e interagem com o meio ambiente.
Para capturar toda essa complexidade, Yang e seus colegas combinaram a química atmosférica com a hidrodinâmica em um único modelo. Esta abordagem permite que simulações rastreiem reações químicas e o movimento de gases, nuvens e gotículas juntos.
“Você precisa de ambos”, disse Ian. “A química é importante, mas não inclui as gotículas de água ou o comportamento das nuvens. Por si só, a hidrodinâmica simplifica demais a química. Por isso, é importante reuni-los.”
Esta abordagem combinada não tinha sido utilizada anteriormente neste nível de detalhe e levou a vários resultados importantes.
Oxigênio, água e origens planetárias
O modelo forneceu uma nova estimativa do conteúdo de oxigénio de Júpiter, apontando novamente para um valor cerca de uma vez e meia o do Sol. Isto contrasta com um estudo recente de grande repercussão que sugeria que Júpiter só poderia conter cerca de um terço a menos de 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 tiveram origem no 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 agora ou se migrou ao longo do tempo. A maior parte do oxigênio do planeta está na água, que se comporta de maneira diferente dependendo da temperatura. Mais longe do Sol, a água congela e se transforma em gelo, que é mais fácil de ser coletado pelos planetas em crescimento do que o vapor d’água.
Compreender estas condições não explica simplesmente o passado de Júpiter. Também ajuda os cientistas a prever que tipos de planetas poderão formar-se em torno de outras estrelas e quais poderão potencialmente albergar vida.
Uma atmosfera mais lenta e misteriosa
O modelo também sugere que a atmosfera de Júpiter circula muito mais lentamente do que os cientistas pensavam. O movimento vertical dos gases parece ser drasticamente reduzido em comparação com as suposições padrão.
“Nosso modelo sugere que o spread deveria ser 35-40 vezes mais lento do que a suposição padrão”, disse Yang. Em vez de se mover pela atmosfera 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 a Jato Caltech.
