Júpiter parece mais úmido e com mais oxigênio do que o Sol

Júpiter agora se mostra muito mais úmido do que se supunha por muito tempo, além de carregar mais oxigênio do que o próprio Sol.

Essa conclusão muda a forma como os cientistas entendem a montagem do maior planeta do Sistema Solar e deixa mais precisas as regras usadas para explicar como planetas se formam em qualquer lugar.

Uma “parede” de nuvens se abre

Novas simulações finalmente ligam a cobertura de nuvens de Júpiter aos gases que sobem a partir de camadas muito mais profundas.

Na Universidade de Chicago (UChicago), Jeehyun Yang criou um Júpiter digital capaz de acompanhar, ao mesmo tempo, a química e o movimento da atmosfera.

A equipa também trabalhou em parceria com cientistas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA para reproduzir como nuvens e calor se deslocam de forma acoplada.

Ao fazer coincidir esses processos profundos com os gases medidos em altitudes maiores, o modelo reduziu a margem de incerteza para o oxigênio de Júpiter.

Tempestades escondem a água

A Grande Mancha Vermelha ainda tem cerca de duas vezes a largura da Terra, mas isso é apenas uma pista indireta sobre a água em profundidade.

Grande parte do oxigênio de Júpiter está associada à água, que se condensa em nuvens densas e pesadas, retendo esse conteúdo abaixo das faixas visíveis.

A sonda Galileo, da NASA, operou por cerca de 58 minutos em 1995 e acabou por não atravessar as tempestades mais úmidas.

Um relatório detalhado atribuiu a controvérsia justamente a essa água profunda, escondida e praticamente inalcançável no interior do planeta.

O monóxido de carbono dá pistas

Os pesquisadores usaram o monóxido de carbono como um traçador substituto - um sinal mais fácil de observar que serve de indicador para outro componente.

No interior de Júpiter, o calor promove reações que reorganizam carbono e oxigênio, e esse equilíbrio determina quanto monóxido de carbono permanece.

Quando a mistura vertical leva o gás para cima mais rapidamente do que a química consegue reajustá-lo, o monóxido de carbono passa a registar a composição das camadas profundas.

Esse registo só é confiável se os modelos acertarem as velocidades de mistura, já que uma agitação mais rápida pode imitar diferentes quantidades de oxigênio.

Ligando química e movimento

Estudos antigos tratavam química e circulação como problemas separados, embora a hidrodinâmica - a física dos fluidos em movimento - dite o ritmo do sistema.

O gás ascendente esfria e forma gotículas, alterando quais moléculas reagem; o gás descendente volta a aquecer e desfaz essas mudanças.

A equipa desenvolveu o novo modelo para que o comportamento das nuvens e a química se limitassem mutuamente na mesma execução.

Mesmo com esse acoplamento, o modelo ainda depende de taxas de reação medidas em laboratório, que seguem incertas sob pressões semelhantes às de Júpiter.

Mistura lenta nas profundezas

O grupo descreveu a mistura vertical por meio da difusão turbulenta, um atalho para representar como a turbulência transporta gases para cima e para baixo.

Os resultados indicaram que essa difusão ocorre 35 a 40 vezes mais lentamente do que as suposições padrão usadas em muitos modelos de Júpiter.

Nesse ritmo, uma molécula pode levar várias semanas para atravessar uma camada, em vez de o fazer em horas.

“Isso realmente mostra o quanto ainda temos para aprender sobre planetas, mesmo no nosso próprio sistema solar”, disse Yang.

Juno ajuda a ancorar os modelos

Dados de micro-ondas ajudaram a fixar a abundância de água no ar equatorial de Júpiter, e a missão Juno, da NASA, ofereceu uma rara forma de verificar o oxigênio mais profundo.

Essas ondas atravessam as nuvens superiores; assim, o instrumento detetou vapor de água abaixo delas, onde a luz solar não consegue conduzir a química.

As novas simulações ficaram perto do limite inferior desse intervalo em micro-ondas, reduzindo o atrito entre modelos e medições.

A água em Júpiter provavelmente muda com a latitude, de modo que um único valor equatorial não descreve todos os sistemas de tempestades.

Blocos de construção ricos em carbono

O estudo também acompanhou a razão carbono-oxigênio, isto é, o balanço de carbono em relação ao oxigênio na atmosfera de Júpiter.

As medições da Galileo mostraram um excesso de carbono em Júpiter, e a nova estimativa de oxigênio faz esse carbono parecer ainda mais dominante.

Sólidos e gelos ricos em carbono podem formar-se onde a água congela e sai da fase gasosa; depois, a acreção posterior pode conservar esse desequilíbrio.

Se Júpiter cresceu num disco com forte variação regional, outros sistemas planetários também podem formar gigantes a partir de materiais que mudam de uma zona para outra.

Fronteiras de gelo nos discos

Trabalhos sobre as linhas de neve nos discos - fronteiras em que gases importantes congelam e viram gelo - explicaram por que carbono e oxigênio se separam.

Além da linha de neve da água, grãos gelados aprisionam oxigênio em sólidos, e planetas podem engolir esse oxigênio mais depressa do que absorvem vapor.

Se Júpiter reuniu grande parte da sua massa onde os gelos se acumulavam, a migração poderia mais tarde tê-lo estacionado mais perto do Sol.

Razões elementares semelhantes hoje orientam estudos de exoplanetas, já que telescópios conseguem comparar água, metano e monóxido de carbono em conjunto.

Testando a água de Júpiter

A amostragem direta continua a ser a forma mais limpa de confirmar a água profunda de Júpiter, porque as nuvens podem enganar o sensoriamento remoto.

Uma sonda de entrada dedicada poderia medir o vapor de água durante a descida, e essa leitura fixaria o oxigênio.

Enquanto isso, campanhas longas de observação a partir da Terra podem mapear o monóxido de carbono ao longo das latitudes, testando se a mistura permanece lenta em toda a atmosfera.

Mesmo assim, uma única trajetória de sonda ainda pode falhar ao não atravessar bolsões incomuns; por isso, os cientistas vão precisar de descidas repetidas para compor o quadro completo.

Para onde a história vai

Ao juntar a física das nuvens, a química e uma circulação lenta num único enquadramento, os pesquisadores reduziram a história do oxigênio de Júpiter a um intervalo viável.

Medições futuras de água e testes da mistura vão definir até que ponto esse enquadramento se aplica, do nosso Sistema Solar a gigantes distantes.