As nuvens de Júpiter estão escondendo algo grande

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 da atmosfera de Júpiter já criado. O trabalho proporciona uma visão mais profunda do interior do planeta sem a necessidade de descer fisicamente às suas profundezas esmagadoras.

Uma das principais descobertas do estudo ajuda a resolver um longo debate sobre a composição de Júpiter. Os pesquisadores estimam que o gigante gasoso contém cerca de uma vez e meia mais oxigênio que o sol. Esse resultado aguça a compreensão dos cientistas sobre como Júpiter e o resto do sistema solar tomaram forma.

“Este é um debate de longa data nos estudos planetários”, disse Jeehyun Yang, pesquisador de pós-doutorado na UChicago e autor principal do estudo. “É uma prova de como a última geração de modelos computacionais pode transformar a nossa compreensão de outros planetas.”

O estudo foi publicado em 8 de janeiro em O Jornal de Ciência Planetária.

Tempestades, nuvens e pistas químicas

Os astrônomos observam a turbulenta atmosfera de Júpiter há séculos. Há mais de 360 ​​anos, as primeiras observações telescópicas revelaram uma característica enorme e persistente na superfície do planeta.

Essa característica é agora conhecida como Grande Mancha Vermelha, uma tempestade colossal com aproximadamente o dobro do tamanho da Terra que dura centenas de anos. É apenas uma parte de um sistema planetário de ventos violentos e nuvens espessas que cobrem Júpiter em movimento 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 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 essas medições com reações químicas conhecidas para inferir o que pode estar a acontecer nas profundezas abaixo das nuvens.

Mesmo assim, 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 temperaturas escaldantes nas profundezas do planeta e regiões mais frias acima, mudando entre diferentes estados e reorganizando-se através de milhares de reações. Além 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. Esta abordagem permite que a simulação rastreie as reações químicas e o movimento de gases, nuvens e gotículas juntos.

“Você precisa de ambos”, disse Yang. “A química é importante, mas não inclui gotículas de água ou comportamento de nuvens. A hidrodinâmica por si só simplifica muito a química. Portanto, é importante reuni-los.”

Esta abordagem combinada não tinha sido feita antes com este nível de detalhe e levou a vários insights importantes.

Oxigênio, água e origens planetárias

O modelo produziu 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 alto perfil que sugeriu que Júpiter pode conter apenas cerca de um terço da quantidade de oxigênio.

Determinar esse número é importante porque o oxigênio desempenha um papel importante na formação planetária. Os elementos que constituem os planetas e os seres vivos tiveram origem no Sol, mas as suas proporções podem variar de mundo para mundo. Essas diferenças oferecem 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 migrou ao longo do tempo. Grande parte do oxigênio do planeta está preso na água, que se comporta de maneira muito 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 essas condições não explica apenas o passado de Júpiter. Também 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 de gases parece ser drasticamente reduzido em comparação com as suposições padrão.

“Nosso modelo sugere que a difusão teria que ser 35 a 40 vezes mais lenta em comparação com a suposição padrão”, disse Yang. Em vez de se mover através de uma camada atmosférica em horas, uma única molécula pode levar várias 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.