Desvendando a profundidade dos ventos de Júpiter

Três matérias a serem publicadas amanhã na revista Nature respondem à pergunta que os cientistas têm feito desde que Galileu observou os famosos anéis de Júpiter pela primeira vez: Seriam os anéis coloridos apenas um fenômeno na superfície ou seriam um estrato do planeta? O Prof. Yohai Kaspi, do Instituto Weizmann, liderou esta pesquisa, em que as medições da nave espacial Juno, da NASA, foram analisadas, revelando que os anéis – cinturões de ventos fortes circulando em torno do planeta – estendem-se a profundidades superiores a 3.000 km. É um valor consideravelmente superior às estimativas anteriores, e está forçando os cientistas a reverem seus conceitos a respeito da atmosfera de Júpiter, assim como às suas camadas internas. 

A nave Juno orbita em torno de Júpiter a cada 53 dias e está proporcionando aos pesquisadores a oportunidade de "verem" o que se encontra abaixo da superfície do planeta. Entre as medições que Juno transmite de volta para a Terra estão dados sobre o campo gravitacional do planeta. As transmissões são feitas por ondas de rádio: À medida que a gravidade do planeta puxa a nave espacial em seu sobrevoo, os sinais de rádio também se alteram um pouco; essas alterações no comprimento das ondas, embora minúsculas, são mensuráveis. E como os sobrevoos ocorrem em órbitas diferentes a cada passagem, os pesquisadores conseguem amostras do campo gravitacional em diferentes regiões do planeta.

Kaspi, em conjunto com o Dr. Eli Galanti, ambos do Departamento de Ciências Geológicas e Planetárias do Instituto Weizmann de Ciências, havia se preparado para essa análise, mesmo antes de a nave Juno ter sido lançada, há cerca de sete anos. Durante esse período, eles desenvolveram ferramentas matemáticas para analisar os dados do campo magnético; o que permitiu aos pesquisadores ter uma boa ideia da composição da atmosfera de Júpiter. Os cinturões de vento que circulam pelo planeta, explica Kaspi, são muito mais fortes do que as piores ventanias na Terra, e duram centenas de anos. À medida que esses jatos fluem em bandas, de oeste para leste ou vice-versa, eles interferem até mesmo na distribuição de massa do planeta. Desta forma, ao medirem os desequilíbrios – as mudanças no campo gravitacional do planeta – suas ferramentas analíticas seriam capazes de calcular a profundidade em que as tempestades se expandem para o subsolo. 

Os cientistas procuraram anomalias – medições que demonstrassem distorções no formato esférico do planeta. Determinadas anomalias eram esperadas, pois a rotação do planeta se desvia ligeiramente do seu formato, mas anomalias adicionais nas medições provavelmente são devidas aos ventos na atmosfera. "Como Júpiter é basicamente uma esfera gigante de gás" – explica Kaspi – "a expectativa inicial era de que não houvesse assimetrias no campo gravitacional entre norte e sul". Entretanto, em 2013, enquanto a nave espacial já se encaminhava a Júpiter, Kaspi calculou que, dada a assimetria existente entre os ventos no norte e no sul, isto deveria gerar um sinal gravitacional mensurável. Quando os resultados de Juno chegaram, as medições revelaram grandes diferenças no campo gravitacional entre norte e sul. “Um fator memorável a esse respeito" – disse Galanti – "é que conseguimos medir diretamente a assinatura dos próprios fluxos".

Com base na assimetria dos campos gravitacionais entre norte e sul, os pesquisadores determinaram que os cinturões de vento – os anéis observados por Galileu – se estendem a profundidades de até 3.000 km. Além disto, Kaspi e Galanti desenvolveram um método para determinar não apenas a profundidade global dos fluxos, mas também, e com precisão, como esses fluxos, ocultos sob as nuvens de Júpiter, se modificam conforme a profundidade.

Os cálculos baseados nessas constatações demonstram que a atmosfera de Júpiter equivale a 1% da sua massa total. Isto pode não parecer muito, mas se compararmos o mesmo parâmetro na Terra, a atmosfera do nosso planeta representa menos de um milionésimo da sua massa total. “É muito mais do que qualquer pessoa jamais imaginou e mais do que se sabia a respeito de outros planetas do Sistema Solar” – comentou Kaspi. “Trata-se de uma massa basicamente equivalente a três planetas Terra se deslocando a velocidades de dezenas de metros por segundo".

O primeiro dos três artigos científicos publicadas na revista Nature, sob a liderança do Prof. Luciano Iess, da Universidade Sapienza de Roma, apresenta as descobertas quanto à assimetria nos campos gravitacionais. O segundo descreve os resultados obtidos por Kaspi, Galanti e seus colegas, demonstrando a profundidade característica da atmosfera de Júpiter. Utilizando esses resultados, o terceiro artigo, liderada pelo Prof. Tristan Guillot do Observatório de Cote d'Azur, observou as camadas abaixo da atmosfera, e sugere que por baixo dos ventos, o gás gira mais ou menos como um único corpo, quase como se fosse sólido. Esses três artigos científicos estão ajudando a criar um novo panorama a respeito de Júpiter − do nível acima das nuvens para o interior do planeta.

O estudo do núcleo de Júpiter ainda não está fechado, e os pesquisadores pretendem analisar medições adicionais para constatar se Júpiter tem um núcleo sólido e, se for o caso, determinar sua massa. Responder a essa pergunta pode nos ajudar a compreender como o Sistema Solar e seus planetas se formaram. Além disto, Kaspi e Galanti têm o objetivo de estudar outra característica emblemática do Sistema Solar: O grande ponto vermelho em Júpiter. Utilizando alguns dos mesmos métodos que eles desenvolveram para caracterizar a sequência de ventos, eles estão tentando avaliar a profundidade dessas tempestades gigantescas. Eles esperam compreender, entre outras coisas, por que essas tempestades, que se mantêm estáveis desde que os telescópios foram inventados, têm sido reduzidas nos últimos anos. 

A pesquisa do Prof. Yohai Kaspi tem o apoio do Centro de Oceanografia De Botton; do Instituto André Deloro para a Pesquisa Espacial e Óptica; e do Centro de Estudos de Ciências Ambientais da Família Sussman.

As notas de imprensa do Instituto Weizmann são publicadas na Internet, no site

http://wis-wander.weizmann.ac.il/, e também estão disponíveis no site http://www.eurekalert.org/