Durante anos, parecia que Saturno estava fazendo o impossível.
As medições mostraram que a taxa de rotação do planeta gigante muda ao longo do tempo, como se Saturno estivesse de alguma forma acelerando ou desacelerando. Este resultado intrigante levou os cientistas a procurar respostas. Agora, pesquisadores que usam o Telescópio Espacial James Webb (JWST) dizem que finalmente resolveram o mistério.
Novos resultados publicados em Jornal de Pesquisa Geofísica: Física Espacialmostram que as espetaculares luzes do norte de Saturno estão por trás do fenômeno. O estudo mostra que as auroras do planeta conduzem um ciclo poderoso que envolve calor, ventos e correntes elétricas que podem fazer com que Saturno gire a velocidades diferentes, dependendo de como é medido.
O mistério da rotação de Saturno
O mistério remonta a décadas, mas ganhou atenção renovada depois de observações da sonda Cassini da NASA em 2004 terem mostrado que a taxa de rotação de Saturno estava a mudar gradualmente.
Este resultado foi difícil de explicar porque os planetas não mudam simplesmente a sua velocidade de rotação em escalas de tempo curtas.
Em 2021, uma equipe liderada pelo professor Tom Stallard, da Northumbria University, propôs outra explicação. O estudo deles mostrou que a rotação de Saturno não mudou realmente. Em vez disso, os sinais eléctricos associados às auroras do planeta foram afectados pelos ventos na atmosfera superior de Saturno. Esses ventos criaram correntes elétricas que alteraram o sinal da aurora que os cientistas usaram para estimar a rotação do planeta.
Embora este estudo explicasse as medições erradas, uma questão importante permaneceu sem resposta: o que estava impulsionando esses ventos atmosféricos?
James Webb mapeia as auroras de Saturno
Para investigar, Stallard e colegas de instituições do Reino Unido e dos Estados Unidos recorreram ao Telescópio Espacial James Webb.
A equipe observou a aurora norte de Saturno continuamente durante o dia de Saturno. As observações forneceram um nível de detalhe que os instrumentos anteriores não conseguiam alcançar.
Os pesquisadores se concentraram na luz infravermelha emitida por uma molécula conhecida como cátion trihidrogênio. Esta molécula é formada na atmosfera superior de Saturno e serve como um indicador natural de temperatura. Ao analisar o seu brilho, a equipe criou os mapas mais detalhados das temperaturas e densidade das partículas carregadas na região da aurora de Saturno.
A melhoria na precisão foi dramática. As medições anteriores apresentavam uma incerteza de cerca de 50 graus Celsius, dificultando a detecção de mudanças sutis. As observações do JWST foram cerca de dez vezes mais precisas, permitindo aos cientistas identificar pela primeira vez padrões localizados de aquecimento e arrefecimento.
Motor térmico planetário independente
Os novos dados correspondem de perto às previsões dos modelos computacionais desenvolvidos há mais de uma década. No entanto, os modelos só funcionavam se a fonte de aquecimento atmosférico estivesse localizada exatamente onde as partículas mais fortes da aurora entram na atmosfera de Saturno.
Os resultados mostram que as auroras de Saturno fazem muito mais do que criar um espetáculo de luzes deslumbrante.
A energia emitida pela aurora boreal aquece certas regiões da atmosfera. Esse aquecimento cria ventos, que então criam correntes elétricas. Essas correntes ajudam a alimentar a própria aurora boreal, que continua a aquecer a atmosfera e a manter o ciclo em andamento.
O pesquisador principal, Professor Tom Stallard, disse:”O que estamos vendo é essencialmente uma bomba de calor planetária. A aurora aquece a atmosfera de Saturno, a atmosfera impulsiona os ventos, os ventos criam correntes que alimentam a aurora, e assim por diante. O sistema se alimenta.
“Durante décadas sabíamos que algo estranho estava a acontecer com a taxa de rotação aparente de Saturno, mas não conseguíamos explicar. Depois mostrámos que era impulsionado por ventos atmosféricos, mas ainda não sabíamos porque é que esses ventos existiam. Estas novas observações, tornadas possíveis pelo JWST, dão-nos finalmente a evidência de que precisamos para fechar este ciclo.”
Consequências além de Saturno
Uma descoberta pode ter implicações muito além de um único planeta.
Os pesquisadores encontraram evidências de que a atmosfera e a magnetosfera de Saturno estão intimamente relacionadas. A magnetosfera é uma vasta região do espaço formada pelo campo magnético do planeta. A atividade na atmosfera parece afetar as condições da magnetosfera, enquanto a magnetosfera devolve energia à atmosfera.
Esta troca constante pode ajudar a explicar por que o processo permanece estável ao longo do tempo.
Segundo os pesquisadores, uma interação semelhante pode ocorrer em outros planetas.
O professor Stallard acrescentou: “Este resultado muda a nossa compreensão das atmosferas planetárias de forma mais geral. Se as condições atmosféricas de um planeta podem conduzir correntes para o ambiente espacial circundante, então compreender o que acontece na estratosfera de outros mundos pode revelar interações que nem sequer imaginámos ainda.”
Um estudo internacional
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. O telescópio foi projetado para estudar objetos em todo o sistema solar, planetas orbitando estrelas distantes, e estudar a origem e evolução do universo. Webb é um projeto internacional liderado pela NASA em parceria com a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).
O estudo foi realizado por pesquisadores da Universidade de Northumbria em conjunto com colegas da Universidade de Boston, Universidade de Leicester, Universidade de Aberystwyth, Universidade de Reading, Imperial College London, Universidade de Lancaster e Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. O financiamento da pesquisa foi fornecido pelo Conselho de Ciência e Tecnologia (STFC).
