Mistérios da atmosfera de Júpiter são decifrados por sonda

A missão Juno, da Nasa, revelou a profundidade e a estrutura da Grande Mancha Vermelha, que está encolhendo, e das faixas coloridas do maior planeta do Sistema Solar

Concepção artística da Juno em órbita de Júpiter, co9m a Grande Mancha Vermelha visível à esquerda. Crédito: Nasa/JPL-Caltech

A missão Juno da Nasa, o explorador robótico de Júpiter movido a energia solar, completou sua missão principal de cinco anos para revelar o funcionamento interno do maior planeta do Sistema Solar. Desde 2016, a espaçonave voou dentro de alguns milhares de quilômetros do topo das nuvens coloridas de Júpiter a cada 53 dias, usando uma série de instrumentos cuidadosamente selecionados para perscrutar o planeta mais a fundo do que nunca.

As descobertas mais recentes dessas medições foram publicadas em uma série de artigos, revelando a estrutura tridimensional dos sistemas meteorológicos de Júpiter – incluindo sua famosa Grande Mancha Vermelha, uma tempestade centenária grande o suficiente para engolir a Terra inteira.

Antes de Juno, décadas de observações revelaram a famosa aparência listrada da atmosfera de Júpiter, com faixas brancas conhecidas como zonas e faixas marrom-avermelhadas conhecidas como cinturões. As faixas são separadas por ventos fortes que sopram de leste a oeste, conhecidos como jet streams (correntes de jato), e são pontuadas por vórtices gigantescos, como a Grande Mancha Vermelha.

Animação da Grande Mancha Vermelha em movimento feita com imagens tiradas pela câmera a bordo da espaçonave Juno. Crédito: Nasa/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstadt/Justin Cowart
Ponta do iceberg

Mas os cientistas há muito suspeitavam que esses padrões climáticos eram a mera ponta do iceberg e que fenômenos ocultos e imprevistos podem estar moldando a atmosfera bem abaixo do véu das nuvens. Ao contrário da Terra, a atmosfera de Júpiter carece de uma superfície, por isso pode ser considerada um abismo sem fundo.

Juno tem três maneiras de espiar por baixo do redemoinho dessas camadas superiores nebulosas. A sonda pode medir pequenas mudanças na gravidade de Júpiter para sentir a distribuição de massa até o centro difuso. Pode medir o campo magnético de Júpiter para determinar os fluxos dentro de camadas de fluido magnetizadas profundas. E pode usar luz de micro-ondas para olhar direto através das nuvens.

Grande Mancha Vermelha de Júpiter em PJ18 (2019), mostrando grandes flocos de material vermelho a oeste (esquerda) do vórtice. Crédito: Nasa/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill
A Grande Mancha Vermelha

A Grande Mancha Vermelha de Júpiter passou por momentos difíceis nos últimos anos. Ela tem diminuído constantemente na direção leste-oeste por décadas, e os recentes encontros com vórtices menores levaram enormes flocos de material avermelhado a serem retirados do próprio local. Esses eventos de descamação, embora problemáticos para os fãs da tempestade mais conhecida do Sistema Solar, parecem ser superficiais, afetando apenas as neblinas avermelhadas que ficam no topo do vórtice.

Mas os fãs da tempestade podem se consolar com as últimas descobertas da Juno. Em 2017, a sonda conseguiu observar a mancha vermelha na luz de micro-ondas. Então, em 2019, como a Juno voou em mais de 200 mil quilômetros por hora acima do vórtice, o Deep Space Network da Nasa foi monitorar a velocidade da nave espacial de milhões de quilômetros de distância. Pequenas mudanças tão pequenas quanto 0,01 milímetro por segundo foram detectadas, causadas pela força gravitacional do ponto massivo.

Ao modelar esses dados de micro-ondas e gravidade, meus colegas e eu pudemos determinar que a famosa tempestade tem pelo menos 300 km de profundidade, talvez até 500 km. Isso é mais profundo do que a esperada “camada climática” de formação de nuvens que atinge cerca de 65 km abaixo da superfície, mas mais alta do que as correntes de jato, que podem se estender até 3.000 km. Quanto mais profundas forem as raízes, maior será a probabilidade de a Mancha Vermelha persistir nos próximos anos, apesar da surra superficial que vem sofrendo com as tempestades passageiras.

Para colocar a profundidade em perspectiva, a Estação Espacial Internacional (ISS) orbita cerca de 420 km acima da superfície da Terra. No entanto, apesar dessas novas descobertas, o local ainda pode ser uma estrutura “semelhante a uma panqueca” flutuando na atmosfera sem fundo, com a largura de 12.000 km do local sendo 40 vezes maior do que sua profundidade.

O enigma dos cinturões e zonas

Na camada climática de formação de nuvens, as antenas de micro-ondas da Juno viram a esperada estrutura de cinturões e zonas. As zonas frias apareceram escuras, indicando a presença de gás amônia, que absorve a luz de micro-ondas. Por outro lado, os cinturões brilhavam com luz de micro-ondas, o que é consistente com a falta de amônia. Essas faixas claras e escuras na camada climática estavam perfeitamente alinhadas com os ventos mais altos, medidos no topo das nuvens. Mas o que acontece quando investigamos mais profundamente?

A temperatura da atmosfera de Júpiter é ideal para a formação de uma nuvem de água cerca de 65 km abaixo do topo da nuvem. Quando Juno espiou por essa camada, encontrou algo inesperado. Os cinturões tornaram-se escuros em micro-ondas e as zonas tornaram-se brilhantes em micro-ondas. Este é o completo reverso do que vimos nas regiões nubladas mais rasas, e estamos chamando essa camada de transição de joviclina – cerca de 45-80 km abaixo das nuvens visíveis.

Cinturões e zonas de Júpiter observados na luz de micro-ondas, em comparação com as cores dos topos das nuvens (à esquerda) e os ventos nos topos das nuvens (à direita). Crédito: Nasa/JPL/SwRI/Universidade de Leicester

Uma clina é uma camada dentro de um fluido onde as propriedades mudam dramaticamente. Os oceanos da Terra têm uma termoclina, dividindo as águas superficiais mistas das águas frias e profundas abaixo. Essa não é uma ideia nova – o lendário autor de ficção científica Arthur C. Clarke imaginou a viagem do balão Kon Tiki na atmosfera de Júpiter em seu conto de 1971 “Encontro com Medusa”. Ele descreve o balão viajando para baixo em direção a uma termoclina de Júpiter e seu banco de nuvens associado.

A joviclina pode separar a camada superficial de formação de nuvens do abismo profundo abaixo. Esse resultado inesperado implica que algo está movendo toda aquela amônia.

Uma esteira transportadora?

Uma possibilidade é que cada corrente de jato esteja associado a uma “célula de circulação”, um fenômeno climático que movimenta os gases por meio de correntes ascendentes e descendentes de ar. A subida pode causar o enriquecimento da amônia e o esgotamento da amônia. Se for verdade, haveria cerca de oito dessas células de circulação em cada hemisfério. A Terra exibe fenômenos semelhantes: a célula de Hadley, em homenagem ao físico e meteorologista inglês George Hadley, nos trópicos, e as células de Ferrel, em homenagem ao meteorologista americano William Ferrel, em latitudes médias influenciam o clima e o clima da Terra.

Outros fenômenos meteorológicos podem ser responsáveis ​​por movimentar a amônia dentro dessa atmosfera profunda. Por exemplo, tempestades vigorosas nos cinturões de Júpiter podem criar granizo de amônia e água pastosa (conhecidas como “bolinhos”), que esgotam a amônia dentro dos cinturões rasos antes de cair profundamente, depois evaporando para enriquecer os cinturões em grandes profundidades.

O que está claro é que Juno abriu uma nova janela para a atmosfera escura e profunda, e que os resultados estão desafiando nossa compreensão desse planeta gigante. Enquanto Juno embarca em sua missão estendida, os cientistas estarão trabalhando para dar sentido a essas novas descobertas.

* Leigh Fletcher é professor associado de Ciências Planetárias na Universidade de Leicester (Reino Unido).

** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.

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