Pela primeira vez, um instrumento para encontrar planetas a anos-luz de distância foi usado em um objeto do sistema solar, em um estudo sobre os ventos de Júpiter.

Encontramo-nos numa altura em que se tornou quase comum descobrir planetas orbitando outra estrela, com mais de 5.000 já registados. Os primeiros mundos distantes a incorporar esta lista foram principalmente planetas gigantes, semelhantes, mas também muito diferentes em muitos aspectos, de Júpiter e Saturno.

Os astrofísicos já começaram a obter dados sobre as atmosferas dos exoplanetas, mas questões fundamentais sobre a atmosfera do maior planeta do sistema solar ainda não foram respondidas. Para entender o que acontece nas nuvens e nas camadas de ar de Júpiter, é necessário estudá-lo ao longo do tempo em observações contínuas.

Pela primeira vez, um instrumento desenvolvido para encontrar e analisar mundos a anos-luz de distância, os exoplanetas, foi apontado para um alvo no sistema solar, a 43 minutos-luz de distância da Terra: o planeta Júpiter.

Investigadores do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Portugal) (Ciências ULisboa) utilizaram o espectrógrafo ESPRESSO instalado no telescópio VLT do Observatório Europeu do Sul (ESO) para medir a velocidade do vento em Júpiter. Os resultados estão agora publicados na revista Universe .

O método desenvolvido pela equipe é chamado de velocimetria Doppler e é baseado na reflexão da luz visível do Sol pelas nuvens na atmosfera do planeta alvo. Esta luz refletida é curvada em comprimento de onda proporcionalmente à velocidade com que as nuvens se movem em relação ao telescópio na Terra. Isso fornece a velocidade instantânea do vento no ponto observado.

O método agora utilizado com o ESPRESSO foi desenvolvido pelo grupo de investigação de Sistemas Planetários do IA, com outros espectrógrafos, para estudar a atmosfera de Vénus. Os investigadores têm medido os ventos deste planeta vizinho e têm contribuído para a modelação da sua atmosfera geral há vários anos.

A aplicação exploratória deste método com um instrumento “topo de gama” como o ESPRESSO resultou num sucesso que abre novos horizontes ao conhecimento da nossa vizinhança cósmica. Este trabalho afirma a viabilidade de monitorar sistematicamente as atmosferas mais distantes de planetas gasosos.

Durante cinco horas em julho de 2019, a equipe apontou o telescópio VLT para a zona equatorial de Júpiter, onde as nuvens leves estão localizadas a uma altitude mais elevada , e para as cinturas equatoriais norte e sul deste planeta, que correspondem ao ar descendente e que forma faixas de nuvens escuras e mais quentes em uma camada mais profunda da atmosfera.

“A atmosfera de Júpiter, ao nível das nuvens visíveis da Terra, contém amoníaco, hidrossulfureto de amônio e água, que formam as distintas faixas vermelhas e brancas”, diz Pedro Machado, do IA e Ciências ULisboa, “As nuvens superiores, localizadas no zona de pressão de 0,6 a 0,9 bars, são feitas de gelo de amônia. As nuvens de água formam a camada mais densa e mais baixa e têm maior influência na dinâmica da atmosfera", acrescenta o pesquisador.

Com o ESPRESSO, a equipe conseguiu medir ventos em Júpiter de 60 a 428 km/h com uma incerteza inferior a 36 km/h. Estas observações, aplicadas com um instrumento de alta resolução a um planeta gasoso, têm os seus desafios: "Uma das dificuldades centrava-se na 'navegação' sobre o disco de Júpiter, ou seja, saber exatamente para que ponto do disco do planeta estávamos a apontar, devido à enorme resolução do telescópio VLT", explica Pedro Machado.

“Na pesquisa em si, a dificuldade estava relacionada ao fato de estarmos determinando ventos com precisão de alguns metros por segundo quando a rotação de Júpiter é da ordem de dez quilômetros por segundo no equador e, para complicar, porque é um planeta gasoso, e não um corpo rígido, gira em velocidades diferentes dependendo da latitude do ponto que observamos”, acrescenta o pesquisador.

Para verificar a eficácia da velocimetria Doppler dos telescópios da Terra na medição dos ventos em Júpiter, a equipa também reuniu medições obtidas no passado para comparar os resultados. A maior parte dos dados existentes foi coletada por instrumentos no espaço e utilizou um método diferente, que consiste na obtenção de valores médios de velocidade do vento seguindo padrões de nuvens em imagens capturadas em horários próximos.

A consistência entre este histórico e os valores medidos no estudo agora publicado confirma a viabilidade de implementação da dopplervelocimetria num programa de monitorização dos ventos de Júpiter a partir da Terra.

A monitorização permitirá à equipa de investigação recolher dados sobre como os ventos mudam ao longo do tempo e será essencial para o desenvolvimento de um modelo fiável para a circulação global da atmosfera de Júpiter.

Este modelo computacional deverá reproduzir as diferenças nos ventos dependendo da latitude e das tempestades de Júpiter para ajudar a compreender as causas dos fenômenos atmosféricos que observamos neste planeta. Por outro lado, o modelo ajudará a preparar observações futuras com informações sobre a pressão e altitude das nuvens na mira do telescópio.

A equipe pretende estender as observações com o ESPRESSO para uma maior cobertura do disco do planeta Júpiter, bem como coletar temporalmente dados de vento ao longo de todo o período de rotação do planeta, que é de quase 10 horas. Restringir as observações a determinadas faixas de comprimentos de onda também permitirá medir ventos em diferentes altitudes, obtendo assim informações sobre o transporte vertical das camadas de ar.

Uma vez dominada a técnica para o maior planeta do sistema solar, a equipa espera aplicá-la às atmosferas de outros planetas gasosos , tendo Saturno como próximo alvo.

O sucesso destas observações com o ESPRESSO revela-se importante numa altura em que o seu sucessor, ANDES, está a ser projetado para o futuro Extremely Large Telescope (ELT), também do ESO e atualmente em construção no Chile, mas também para a futura missão JUICE, da Agência Espacial Europeia, dedicado a Júpiter e que fornecerá dados adicionais.