944: COMO PROCURAR ÁGUA NAS PROFUNDEZAS DA GRANDE MANCHA VERMELHA DE JÚPITER

Impressão de artista de Júpiter, criada a partir de imagens captadas pela sonda Juno da NASA, que tem vindo a estudar o planeta desde que aí chegou no dia 4 de julho de 2016.
Crédito: NASA/JPL/SwRI

Os cientistas trabalham já há séculos para compreender a composição de Júpiter. Não é de admirar: este planeta misterioso é de longe o maior do nosso Sistema Solar e, quimicamente, o mais parecido com o Sol. A compreensão de Júpiter é fundamental para aprender mais sobre como o nosso Sistema Solar se formou e até sobre como outros sistemas solares se desenvolvem.

Mas uma questão fundamental tem intrigado os astrónomos durante gerações: será que existe água nas profundezas da atmosfera de Júpiter e, em caso afirmativo, quanta?

Gordon L. Bjoraker, astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, relatou num recente artigo publicado na The Astronomical Journal que ele e a sua equipa aproximaram a comunidade de investigação joviana da resposta.

Ao observar com telescópios terrestres comprimentos de onda sensíveis à radiação térmica que escapa das profundezas da persistente tempestade de Júpiter, a Grande Mancha Vermelha, detectaram as assinaturas químicas da água acima das nuvens mais profundas do planeta. A pressão da água, concluíram os investigadores, combinada com as suas medições de outro gás contendo oxigénio, o monóxido de carbono, implica que Júpiter tem 2 a 9 vezes mais oxigénio do que o Sol. Este achado suporta modelos teóricos e de computador que previram água abundante (H2O) em Júpiter composta por oxigénio (O) ligada ao hidrogénio molecular (H2).

A revelação foi emocionante, uma vez que a experiência da equipa podia ter falhado facilmente. A Grande Mancha Vermelha está repleta de nuvens densas, o que torna difícil a fuga de energia electromagnética e difícil de ensinar aos astrónomos mais sobre a química interna.

“Acontece que não são espessas o suficiente para bloquear a nossa capacidade de ver as profundezas,” realça Bjoraker. “Foi uma surpresa agradável.”

Novas tecnologias espectroscópicas e pura curiosidade deram à equipa um impulso para investigar as profundezas de Júpiter, que tem uma atmosfera com milhares de quilómetros de espessura, explicou Bjoraker: “Nós pensámos, bem, vamos tentar ver o que há por lá.”

Os dados que Bjoraker e a sua equipa recolheram vão complementar a informação que a sonda Juno da NASA está a reunir enquanto orbita o planeta de norte a sul a cada 53 dias.

Entre outras coisas, a Juno está à procura de água com o seu próprio espectrómetro infravermelho e com um radiómetro de micro-ondas que pode estudar mais profundamente do que alguém já tentou – até 100 bares, ou 100 vezes a pressão atmosférica à superfície da Terra (a altitude em Júpiter é medida em bares, que representa a pressão atmosférica, já que o planeta não tem uma superfície, como a Terra, para medir a elevação).

Se a Juno transmitir descobertas similares de água, apoiando, portanto, a técnica terrestre de Bjoraker, poderá abrir-se uma nova janela para resolver o problema da água, realçou Amy Simon, também de Goddard, especialista em atmosferas planetárias.

“Se funcionar, então talvez possamos aplicá-la noutros lugares, como Saturno, Úrano ou Neptuno, onde não temos uma Juno,” comenta.

A Juno é a sonda mais recente encarregada de encontrar água, provavelmente em forma de gás, neste gigantesco planeta gasoso.

A água é uma molécula importante e abundante no nosso Sistema Solar. Contribuiu para a formação da vida na Terra e agora lubrifica muitos dos seus processos mais essenciais, incluindo o clima. É também um factor crítico no clima turbulento de Júpiter e para determinar se o planeta tem um núcleo rochoso ou gelado.

Pensa-se que Júpiter tenha sido o primeiro planeta formado no Sistema Solar, absorvendo os elementos que sobraram da formação do Sol, à medida que este coalescia a partir de uma nebulosa amorfa para a ardente bola de gases que vemos hoje. Uma teoria amplamente aceite até há várias décadas atrás afirmava que Júpiter era idêntico em composição com o Sol; uma bola de hidrogénio com uma “pitada” de hélio – só gás, sem núcleo.

Mas há cada vez mais evidências de que Júpiter tem um núcleo, possivelmente com 10 vezes a massa da Terra. As naves espaciais que anteriormente visitaram o planeta descobriram evidências químicas de que formou um núcleo de rocha e água gelada antes de misturar gases da nebulosa solar para perfazer a sua atmosfera. A maneira como a gravidade de Júpiter puxa a Juno também suporta esta teoria. Há até raios e trovões no planeta, fenómenos alimentados pela humidade.

“As luas que orbitam Júpiter são principalmente água gelada, de modo que toda a vizinhança tem muita água,” salienta Bjoraker. “Porque não haveria o planeta – este enorme poço de gravidade, para onde cai tudo – de ser também rico em água?”

A questão da água tem deixado os cientistas planetários a coçar a cabeça; virtualmente de cada vez que as evidências de H2O se materializam, acontece alguma coisa para os afastar das pistas. Um exemplo favorito entre os especialistas é a Galileo da NASA, que lançou uma sonda na atmosfera em 1995, que acabou numa região anormalmente seca. “É como enviar uma sonda para a Terra, aterrar num deserto, e daí concluir que a Terra é seca,” explicou Bjoraker.

Na sua busca pela água, Bjoraker e a sua equipa usaram dados de radiação recolhidos no cume do Maunakea, Hawaii, em 2017. Contaram com o telescópio infravermelho mais sensível da Terra, no Observatório W. M. Keck, e também com um novo instrumento que pode detectar uma ampla gama de gases acoplado ao IRTF (Infrared Telescope Facility) da NASA.

A ideia era analisar a radiação emitida através das nuvens de Júpiter a fim de identificar as altitudes das suas camadas de nuvens. Isso ajudaria os cientistas a determinar a temperatura e outras condições que influenciam os tipos de gases que podem sobreviver nessas regiões.

Os especialistas em atmosferas planetárias esperam que existam três camadas de nuvens em Júpiter: uma camada inferior composta por água gelada e líquida, uma intermédia de amónia e enxofre, e uma camada de superior de amónia.

Para obter uma confirmação por meio de observatórios no solo, a equipa de Bjoraker observou os comprimentos de onda no espectro infravermelho, onde a maior parte dos gases não absorvem calor, permitindo o escape das assinaturas químicas. Especificamente, analisaram os padrões de absorção de uma forma do gás metano. Dado que Júpiter é demasiado quente para o metano congelar, a sua abundância não deve mudar de um lugar para outro no planeta.

“Se virmos que a força das linhas do metano varia de dentro para fora da Grande Mancha Vermelha, isso não é porque há mais metano ‘aqui’ do que ‘ali’,” realça Bjoraker, “é porque as nuvens são mais profundas e espessas e bloqueiam a radiação na Grande Mancha Vermelha.”

A equipa de Bjoraker encontrou evidências para as três camadas de nuvens na Grande Mancha Vermelha, suportando modelos anteriores. A camada mais profunda de nuvens está a 5 bares, concluiu a equipa, exactamente onde a temperatura atinge o ponto de solidificação da água, realça Bjoraker, “de modo que posso afirmar que muito provavelmente encontrámos uma nuvem de água.” A localização da nuvem de água, mais a quantidade de monóxido de carbono que os cientistas identificaram em Júpiter, confirma que Júpiter é rico em oxigénio e, portanto, em água.

A técnica de Bjoraker agora precisa de ser testada noutras partes de Júpiter para obter uma imagem completa da abundância global de água, e os seus dados comparados com os da Juno.

“A abundância de água de Júpiter dir-nos-á muito sobre como o planeta gigante se formou, mas somente se pudermos descobrir quanta água existe em todo o planeta,” acrescenta Steven M. Levin, cientista do projecto Juno no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, EUA.

Astronomia On-line
31 de Agosto de 2018

(Foram corrigidos 7 erros ortográficos ao texto original)

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381: GRANDE MANCHA VERMELHA DE JÚPITER CRESCE EM ALTURA ENQUANTO DIMINUI DE LARGURA

Esta imagem melhorada da Grande Mancha Vermelha de Júpiter foi criada pelo cientista-cidadão Jason Major usando dados da câmara JunoCam a bordo da nave Juno da NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Jason Major

Apesar de já ter sido colossal o suficiente para engolir três Terras, com espaço de sobra, a Grande Mancha Vermelha de Júpiter tem vindo a diminuir de tamanho há século e meio. Ninguém tem a certeza por quanto mais tempo a tempestade continuará a contrair ou se desaparecerá completamente.

No entanto, um novo estudo sugere que nem sempre tem sido assim. A tempestade parece ter aumentado em área pelo menos uma vez e está a crescer em altura à medida que fica mais pequena.

“As tempestades são dinâmicas, e é isso que vemos com a Grande Mancha Vermelha. Está constantemente a mudar de tamanho e de forma, e os seus ventos mudam também,” comenta Amy Simon, especialista em atmosferas planetárias do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, autora principal do novo artigo publicado na revista The Astronomical Journal.

Há séculos que observamos Júpiter, mas o primeiro avistamento confirmado da Grande Mancha Vermelha ocorreu em 1831 (os investigadores não têm a certeza se observadores anteriores que viram uma mancha vermelha em Júpiter estavam a olhar para a mesma tempestade).

Observadores interessados têm sido capazes de medir o tamanho e a deriva da Grande Mancha Vermelha acoplando aos seus telescópios oculares com miras. O registo contínuo de pelo menos uma observação deste género, por ano, remonta até 1878.

Simon e colegas aproveitaram este rico arquivo de observações históricas e combinaram-nos com dados de missões da NASA, começando com as duas Voyager em 1979. Em particular, o grupo baseou-se numa série de observações anuais de Júpiter que membros da equipa têm levado a cabo com o Telescópio Espacial Hubble da NASA como parte do projecto OPAL (Outer Planets Atmospheres Legacy). Os cientistas da equipa OPAL pertencem a Goddard, à Universidade da Califórnia em Berkeley e ao JPL da NASA em Pasadena, Califórnia.

A equipa rastreou a evolução da Grande Mancha Vermelha, analisando o seu tamanho, forma, cor e taxa de deriva. Também analisaram as velocidades dos ventos internos da tempestade, quando essa informação estava disponível nos dados das missões.

As novas descobertas indicam que a Grande Mancha Vermelha recentemente começou a dirigir-se para oeste mais depressa do que antes. A tempestade tem permanecido sempre à mesma latitude, mantida ali por correntes de jacto a norte e a sul, mas circunda o globo na direcção oposta à rotação do planeta (para leste). Historicamente, temos assumido que esta deriva é mais ou menos constante, mas em observações recentes a equipa descobriu que a mancha se desloca muito mais depressa.

O estudo confirma que a tempestade tem vindo a diminuir de tamanho desde 1878 e é grande o suficiente para acomodar, neste ponto, pouco mais que uma Terra. Mas o registo histórico indica que a área cresceu temporariamente na década de 1920.

“Existem evidências nas observações de arquivo de que a Grande Mancha Vermelha cresceu e diminuiu de tamanho ao longo do tempo,” afirma Reta Beebe, professora emérita da Universidade Estatal do Novo México em Las Cruces. “No entanto, a tempestade é agora bastante pequena, há muito tempo que cresceu pela última vez.”

Tendo em conta que a tempestade tem vindo a contrair-se, os investigadores esperavam que os ventos internos, já bastante potentes, ficassem ainda mais fortes, como uma patinadora no gelo que gira mais rápido quando coloca os braços junto ao corpo.

Em vez de girar mais depressa, a tempestade parece ser forçada a esticar-se. É quase como barro a ser moldado numa roda de oleiro. À medida que a roda gira, o artista pode transformar um pequeno bloco redondo num vaso fino empurrando para dentro com as suas mãos. Quanto mais pequena torna a base, mais alto o vaso fica.

No caso da Grande Mancha Vermelha, a mudança em altura é pequena em relação à área que a tempestade cobre, mas é ainda visível.

A cor da Grande Mancha Vermelha também tem vindo a ficar mais escura, tornando-se intensamente alaranjada desde 2014. Os cientistas não sabem porque é que isso está a acontecer, mas é possível que as substâncias químicas que dão cor à tempestade estejam a ser levadas para mais alto na atmosfera, à medida que a mancha também fica mais esticada. A maiores altitudes, as substâncias químicas são submetidas a mais radiação UV e assumem uma cor mais escura.

De certa forma, o mistério da Grande Mancha Vermelha só parece aprofundar-se à medida que a tempestade icónica se contrai. Os investigadores não sabem se a mancha vai continuar a ficar mais pequena e depois estabilizar, ou se se dissipa completamente.

“Se as tendências que vemos na Grande Mancha Vermelha continuarem, os próximos 5-10 anos podem ser muito interessantes do ponto de vista dinâmico,” comenta o co-autor Rick Cosentino de Goddard. “Podemos ver mudanças rápidas na aparência física e no comportamento da tempestade, e talvez a mancha vermelha acabe, afinal de contas, por deixar de ser grande.”

Astronomia On-line
16 de Março de 2018

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