Avanço do supercomputador expõe o oceano oculto de Encélado

Séculos mais tarde, a missão Cassini-Huygens (Cassini) da NASA impulsionou essa exploração. A partir de 2005, retornou imagens impressionantes que remodelaram a compreensão dos cientistas sobre Saturno. Entre as descobertas mais dramáticas estão os imponentes gêiseres na lua gelada Encélado, que lançaram detritos no espaço e produziram um tênue sub-anel ao redor do planeta.

Novas simulações: quanto gelo escapa de Encélado

Simulações recentes de supercomputadores do Texas Advanced Computing Center (TACC), baseadas em dados da espaçonave Cassini, refinaram estimativas de quanto gelo Enceladus perde para o espaço. Os resultados apoiam o planeamento da futura exploração robótica e aprofundam a visão sobre as condições abaixo da superfície da Lua, que podem ser adequadas para a vida.

“As taxas de fluxo de massa de Encélado são entre 20 a 40 por cento mais baixas do que as encontradas na literatura científica”, disse Arnaud Mahieux, pesquisador sênior do Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial e afiliado do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica de Engenharia da UT Austin.

Modelando as Plumas: Abordagem e Progresso do DSMC

Mahieux é o autor correspondente de um estudo computacional de Encélado publicado em agosto de 2025 no Journal of Geophysical Research: Planets. Neste trabalho, ele e colaboradores criaram 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 expelidos pelas aberturas na superfície de Encélado.

O estudo estende pesquisas anteriores de 2019 lideradas por Mahieux, que primeiro aplicou modelos DSMC para deduzir as condições iniciais das plumas, incluindo o tamanho da ventilação, a proporção entre vapor de água e grãos de gelo, temperatura e velocidade de saída.

“As simulações DSMC são muito caras”, disse Mahieux. “Usamos supercomputadores TACC em 2015 para obter as parametrizações para reduzir o tempo de computação de 48 horas para apenas alguns milissegundos agora.”

Usando estas parametrizações matemáticas e as medições in-situ da Cassini enquanto ela voava através das plumas, a equipe calculou a densidade e a velocidade das plumas para a atividade criovulcânica de Encélado.

“A principal descoberta do nosso novo estudo é que, para 100 fontes criovulcânicas, poderíamos restringir as taxas de fluxo de massa e outros parâmetros que não foram derivados antes, como a temperatura à qual o material estava a sair. Este é um grande passo em frente 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 reter totalmente os jactos gelados que saem 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 o método DSMC. O que Encélado faz é semelhante a um vulcão lançando lava para o espaço – exceto que o material ejetado são plumas de vapor de água e gelo.

As simulações rastreiam o comportamento do gás no nível microscópico à medida que as partículas se movem, colidem e trocam energia, de forma semelhante às bolas de gude que se chocam umas com as outras. Eles simulam vários milhões de moléculas em intervalos de microssegundos. A abordagem DSMC também 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 em 2011 do código DSMC chamado Planet. A TACC forneceu a Goldstein alocações nos sistemas Lonestar6 e Stampede3 por meio do portal de infraestrutura cibernética de pesquisa da Universidade do Texas, que apoia pesquisadores em todas as 14 instituições do sistema UT.

“Os sistemas TACC possuem uma arquitetura maravilhosa que oferece muita flexibilidade”, disse Mahieux. “Se usarmos o código DSMC apenas num portátil, só poderemos simular pequenos domínios. Graças ao TACC, podemos simular a partir da superfície de Encélado até 10 quilómetros de altitude, onde as plumas se expandem para o espaço.”

Mundos oceânicos além da linha da neve

Saturno está além da “linha de neve” do sistema solar, juntamente com outros planetas gigantes que hospedam luas geladas, incluindo Júpiter, Urano e Netuno.

“Há um oceano de água líquida sob essas ‘grandes bolas de gelo’”, disse Mahieux. “Há muitos outros mundos, além da Terra, que possuem um oceano líquido. As plumas de Encélado abrem uma janela para as condições subterrâneas.”

O que vem a seguir: missões e a busca pela vida

A NASA e a Agência Espacial Europeia estão a preparar 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 quilômetros de gelo. Ao analisar o material da pluma, os cientistas podem avaliar as condições do subsolo sem penetrar na crosta.

“Os supercomputadores podem nos dar respostas a perguntas que nem sonharíamos em fazer há 10 ou 15 anos”, disse Mahieux. “Agora podemos chegar muito mais perto de simular o que a natureza está fazendo.”