Nuvens imponentes ondulam na superfície de Júpiter em padrões dramáticos. Assim como as nuvens da Terra, elas contêm água, mas em Júpiter são muito mais densas e profundas. Essas camadas são tão espessas que nenhuma sonda espacial conseguiu observar diretamente o que existe abaixo delas.
Agora, os cientistas deram um grande passo em direção à resolução desse mistério. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Universidade de Chicago e do Jet Propulsion Laboratory produziu o modelo mais detalhado da atmosfera de Júpiter já criado. O trabalho oferece uma visão mais profunda do interior do planeta sem a necessidade de descer fisicamente em 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 aproximadamente uma vez e meia mais oxigênio do que o sol. Esse resultado aprimora a compreensão dos cientistas sobre como Júpiter e o resto do sistema solar se formaram.
“Esse é um debate de longa data nos estudos planetários”, disse Jeehyun Yang, pesquisador de pós-doutorado na UChicago e autor principal do estudo. “É um testemunho de como a última geração de modelos computacionais pode transformar nossa compreensão de outros planetas.”
O estudo foi publicado em 8 de janeiro na The Planetary Science Journal.
Tempestades, Nuvens e Pistas Químicas
Astrônomos têm observado a atmosfera turbulenta de Júpiter por séculos. Há mais de 360 anos, as primeiras observações telescópicas revelaram uma característica massiva e persistente na superfície do planeta.
Essa característica é agora conhecida como a Grande Mancha Vermelha, uma colossal tempestade que possui aproximadamente o dobro do tamanho da Terra e que está em ação há centenas de anos. É apenas uma parte de um sistema planetário de ventos violentos e nuvens espessas que cobrem Júpiter em quase constante movimento.
Enquanto essas tempestades são visíveis à distância, o que se encontra abaixo delas permanece amplamente desconhecido. As nuvens de Júpiter são tão densas que a sonda Galileo da NASA perdeu contato com a Terra ao mergulhar na atmosfera do planeta em 2003. Atualmente, a missão Juno da NASA estuda Júpiter a partir da órbita, coletando dados a uma distância segura.
A partir da órbita, os cientistas podem identificar produtos químicos na atmosfera superior, incluindo amônia, metano, sulfeto de amônio, água e monóxido de carbono. Os pesquisadores combinam essas medições com reações químicas conhecidas para inferir o que pode estar acontecendo mais profundamente abaixo das nuvens.
Mesmo assim, estudos anteriores chegaram a conclusões conflitantes, especialmente ao estimar quanta água e oxigênio Júpiter contém. Yang reconheceu que novas técnicas de modelagem poderiam ajudar a resolver essas discordâncias.
Uma Nova Maneira de Modelar a Atmosfera de Júpiter
A atmosfera de Júpiter é um labirinto químico. Moléculas se movem entre temperaturas escaldantes nas profundezas do planeta e regiões mais frias acima, mudando entre diferentes estados e se rearranjando em milhares de reações. Além disso, nuvens e gotículas se formam, dissolvem e interagem com seu entorno.
Para capturar toda essa complexidade, Yang e seus colegas combinaram química atmosférica com hidrodinâmica em um único modelo. Essa abordagem permite que a simulação acompanhe tanto as reações químicas quanto 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 o comportamento das nuvens. A hidrodinâmica sozinha simplifica a química demais. Portanto, é importante juntá-los.”
Essa abordagem combinada não havia sido feita antes nesse nível de detalhe, e levou a várias percepções importantes.
Oxigênio, Água e Origens Planetárias
O modelo produziu uma nova estimativa do conteúdo de oxigênio de Júpiter, apontando novamente para um valor de cerca de uma vez e meia o do sol. Isso contrasta com um estudo recente de destaque que sugeriu que Júpiter poderia conter apenas cerca de um terço de tanto oxigênio.
A precisão desse número é importante porque o oxigênio desempenha um papel fundamental na formação planetária. Os elementos que compõem os planetas e os seres vivos se originaram no sol, mas 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 presa na água, que se comporta de maneira muito diferente dependendo da temperatura. Mais longe do sol, a água congela em gelo, que é mais fácil para os planetas em formação coletarem do que o vapor d’água.
Compreender essas condições não apenas explica o passado de Júpiter. Também ajuda os cientistas a prever que tipos de planetas podem se formar ao redor de outras estrelas e quais deles 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 anteriormente. O movimento vertical dos gases parece estar drasticamente reduzido em comparação com as suposições padrão.
“Nosso modelo sugere que a difusão teria que ser de 35 a 40 vezes mais lenta do que 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 a aprender sobre os planetas, mesmo no nosso próprio sistema solar”, disse Yang.
Financiamento: NASA, Caltech-Jet Propulsion Laboratory.