Júpiter e Saturno, os dois maiores planetas do Sistema Solar, têm muitas semelhanças. A composição básica é muito parecida, a rotação acontece em ritmos próximos e ambos liberam calor interno de forma comparável. Para completar, os dois também acumulam luas em quantidade impressionante.
A diferença que intriga: tempestades polares em Júpiter e Saturno
Apesar disso, existe um contraste antigo que há tempos intriga a comunidade científica: as enormes tempestades em forma de vórtice que “tampam” os polos.
Em Saturno, há uma tempestade gigantesca em cada polo.
Já em Júpiter, cada polo é dominado por uma grande tempestade central, cercada por uma espécie de diadema de tempestades menores.
Agora, dois cientistas planetários defendem que podem ter desvendado esse enigma. A explicação estaria em como essas tempestades nascem e em como se conectam ao interior do planeta: se a atmosfera permite que elas cresçam livremente, como acontece em Saturno, ou se na prática impõe limites ao tamanho das tempestades, como em Júpiter.
No modelo proposto pela dupla, tudo depende de quão fortemente essas tempestades estão acopladas a camadas mais profundas.
“Nosso estudo mostra que, dependendo das propriedades do interior e da maciez da base do vórtice, isso vai influenciar o tipo de padrão de fluido que você observa na superfície”, afirma a cientista planetária Wanying Kang, do MIT.
“Eu não acho que alguém tenha feito essa ligação entre o padrão do fluido na superfície e as propriedades internas desses planetas. Um cenário possível é que Saturno tenha uma base mais rígida do que Júpiter.”
O que as missões Cassini e Juno revelaram nos polos
O “tempo” em Júpiter e Saturno é lendário. Com atmosferas gasosas e inchadas, os dois planetas são sacudidos por tempestades turbulentas, faixas poderosas de ventos e nuvens espessas que se enrolam em desenhos que lembram o expressionismo abstrato.
Ambos foram alvo de campanhas dedicadas de observação por sondas: a Cassini, em Saturno, e a Juno, em Júpiter. Essas missões marcaram época e mostraram que, mesmo com tantas semelhanças, cada planeta exibe uma configuração própria - e peculiar - de tempestades nos polos.
“As pessoas passaram muito tempo decifrando as diferenças entre Júpiter e Saturno”, diz o cientista atmosférico Jiaru Shi, do MIT. “Os planetas têm praticamente o mesmo tamanho e são feitos, em sua maior parte, de hidrogênio e hélio. Não está claro por que os vórtices polares deles são tão diferentes.”
Um modelo 2D para reproduzir os vórtices na superfície
Para investigar, os pesquisadores desenvolveram um modelo bidimensional de dinâmica de fluidos na superfície, com o objetivo de reproduzir os vórtices observados em ambos os planetas.
“Em um sistema que gira rapidamente, o movimento do fluido tende a ser uniforme ao longo do eixo de rotação”, explica Kang. “Então, partimos da ideia de que dá para reduzir um problema dinâmico 3D a um problema 2D porque o padrão do fluido não muda em 3D. Isso torna o problema centenas de vezes mais rápido e mais barato para simular e estudar.”
Por que algumas tempestades se juntam e outras ficam separadas
Em gigantes gasosos, tempestades enormes surgem a partir de blocos menores de movimento, como a convecção, que vão crescendo cada vez mais. No entanto, o tamanho final dessas estruturas é limitado por vários fatores - entre eles, a profundidade do empilhamento de camadas da atmosfera, a intensidade com que a atmosfera é agitada (um fenómeno chamado “forçamento”) e a taxa com que o atrito dissipa energia.
Shi e Kang observaram que a ordem em que esses limites entram em ação altera drasticamente os padrões de vórtices que aparecem na parte visível da atmosfera.
A atmosfera de Júpiter seria profunda e energética o suficiente para permitir a formação de múltiplos vórtices. Porém, a turbulência que se instala cedo impediria que eles se “amassassem” e se fundissem em um único vórtice gigante - e, por isso, o resultado é um conjunto surpreendentemente geométrico de tempestades polares.
Em outras palavras, segundo o modelo, o empilhamento em camadas de Júpiter seria mais fraco, o “forçamento” seria mais forte porque o planeta irradia calor a partir do seu centro, e a energia não seria drenada tão rapidamente pelo atrito. Em conjunto, esses fatores mantêm intacta, na superfície, a estrutura de tempestades separadas.
Em Saturno, por outro lado, a atmosfera seria estratificada em camadas mais profundas. Ali, um “forçamento” mais fraco reduziria a turbulência em profundidade, ou então mais energia se perderia por atrito - ou ainda uma combinação das duas coisas. O efeito seria remover a barreira que impede a fusão dos vórtices, fazendo com que as tempestades acabem se unindo em uma única estrutura gigante.
E tudo isso ainda pode depender da densidade da camada inferior onde o vórtice se forma. Não é uma prova definitiva, mas os resultados sugerem que os desenhos das tempestades polares em cada planeta podem estar a “escrever” pistas sobre o ambiente em que essas tempestades se organizaram.
O que os padrões podem indicar sobre o interior dos gigantes gasosos
“O que vemos na superfície, o padrão do fluido em Júpiter e Saturno, pode nos dizer algo sobre o interior, como o quão macia é a base”, afirma Shi.
“E isso é importante porque talvez, abaixo da superfície de Saturno, o interior seja mais enriquecido em metais e tenha mais material que pode se condensar, o que permite fornecer uma estratificação mais forte do que em Júpiter. Isso aumentaria o nosso entendimento sobre esses gigantes gasosos.”
A pesquisa foi publicada na Proceedings of the National Academy of Sciences.
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