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Como procurar água nas profundezas da grande mancha vermelha de Júpiter


Ilustração 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 astrônomos 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 equipe 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, detetaram 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 oxigênio, o monóxido de carbono, implica que Júpiter tem 2 a 9 vezes mais oxigênio do que o Sol. Este achado suporta modelos teóricos e de computador que previram água abundante (H2O) em Júpiter composta por oxigênio (O) ligada ao hidrogênio molecular (H2).

A revelação foi emocionante, uma vez que a experiência da equipe podia ter falhado facilmente. A Grande Mancha Vermelha está repleta de nuvens densas, o que torna difícil a fuga de energia eletromagnética e difícil de ensinar aos astrônomos 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 equipe um impulso para investigar as profundezas de Júpiter, que tem uma atmosfera com milhares de quilômetros de espessura, explicou Bjoraker: "Nós pensamos, bem, vamos tentar ver o que há por lá."

Os dados que Bjoraker e a sua equipe 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 espectrômetro infravermelho e com um radiômetro 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 fator 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 hidrogênio 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, fenômenos alimentados pela umidade.

"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 detetar 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 amônia e enxofre, e uma camada de superior de amônia.

Para obter uma confirmação por meio de observatórios no solo, a equipe 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 equipe, exatamente onde a temperatura atinge o ponto de solidificação da água, realça Bjoraker, "de modo que posso afirmar que muito provavelmente encontramos 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 oxigênio 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 projeto Juno no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, EUA.


A Grande Mancha Vermelha é a mancha escura no meio desta imagem infravermelha de Júpiter. É escura devido às espessas nuvens que bloqueiam a radiação térmica. A faixa amarela realça a porção da Grande Mancha usada na análise do astrofísico Gordon L. Bjoraker.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Gordon Bjoraker



FONTE: ASTRONOMIA ONLINE

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