Pesquisadores da Universidade de Northumbria usaram o telescópio espacial mais poderoso já construído para responder a um dos enigmas mais antigos da ciência planetária: por que Saturno parece girar em velocidades diferentes dependendo de como é medido? As descobertas, publicadas no Journal of Geophysical Research: Space Physics , revelam pela primeira vez os padrões complexos de calor e partículas eletricamente carregadas na aurora de Saturno e mostram que todo o sistema é impulsionado por um ciclo de retroalimentação autossustentável alimentado pelas próprias luzes do norte do planeta.

Saturno intriga os cientistas há muitos anos. Medições feitas pela sonda Cassini da NASA em 2004 sugeriram que a taxa de rotação do planeta estava mudando lentamente ao longo do tempo — o que não deveria ser possível, já que um planeta não pode simplesmente acelerar ou desacelerar sua rotação.

Em 2021, um estudo liderado por Tom Stallard , professor de Astronomia Planetária na Universidade de Northumbria, mostrou que o mistério não envolvia a rotação de Saturno. Em vez disso, as mudanças aparentes eram impulsionadas por ventos na alta atmosfera do planeta, que produziam correntes elétricas que criavam o sinal auroral enganoso.

No entanto, as descobertas levantaram uma nova questão para a equipe de pesquisa: se os ventos atmosféricos eram responsáveis pelo efeito, o que estava causando esses ventos?

Uma nova pesquisa realizada pelo Professor Stallard e seus colegas no Reino Unido e nos EUA forneceu a primeira evidência direta da resposta.

Utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), a equipe observou a região auroral norte de Saturno — o equivalente à aurora boreal da Terra — continuamente durante um dia inteiro em Saturno, capturando medições detalhadas que simplesmente não eram possíveis com nenhum instrumento anterior.

Ao analisar o brilho infravermelho de uma molécula chamada cátion tri-hidrogênio , que se forma na alta atmosfera de Saturno e funciona como um termômetro natural, os pesquisadores conseguiram produzir os primeiros mapas de alta resolução tanto da temperatura quanto da densidade de partículas na região auroral de Saturno.

O nível de detalhe foi extraordinário. As medições anteriores apresentavam erros de cerca de 50 graus Celsius, aproximadamente equivalentes às diferenças que os cientistas tentavam detectar, e foram produzidas pela combinação de amplas regiões da aurora polar quente. Os novos dados do JWST foram dez vezes mais precisos do que as medições anteriores, permitindo à equipe mapear, pela primeira vez, detalhes minuciosos do aquecimento e resfriamento em toda a região auroral de Saturno.

O que a equipe descobriu foi que esses padrões de temperatura e densidade correspondem notavelmente bem às previsões feitas por modelos computacionais há mais de uma década, mas apenas se a fonte de calor for colocada exatamente onde as principais emissões aurorais entram na atmosfera.

Isso significa que a aurora de Saturno não é apenas um espetáculo visual — ela aquece ativamente a atmosfera em um local específico. Esse aquecimento localizado impulsiona os ventos, que por sua vez geram as correntes elétricas responsáveis pela aurora. A aurora então aquece a atmosfera novamente, sustentando todo o ciclo.

O pesquisador principal, Professor Tom Stallard, disse: "O que estamos vendo é essencialmente uma bomba de calor planetária. A aurora de Saturno aquece sua atmosfera, a atmosfera impulsiona os ventos, os ventos produzem correntes que alimentam a aurora, e assim por diante. O sistema se autoalimenta."

As descobertas também têm implicações mais amplas. A pesquisa sugere que o que acontece na atmosfera de Saturno influencia diretamente as condições em sua magnetosfera circundante — a vasta região do espaço moldada pelo campo magnético do planeta — que, por sua vez, devolve energia ao sistema. Essa relação bidirecional entre a atmosfera e a magnetosfera pode ajudar a explicar por que o efeito é tão estável e duradouro.

O professor Stallard acrescentou: "Este resultado muda a forma como pensamos sobre as atmosferas planetárias de maneira mais geral. Se as condições atmosféricas de um planeta podem impulsionar correntes para o ambiente espacial circundante, então entender o que está acontecendo nas estratosferas de outros mundos pode revelar interações que ainda nem sequer imaginamos."

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está desvendando mistérios em nosso sistema solar, explorando mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as estruturas e origens misteriosas do nosso universo e o nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).

O estudo foi realizado por pesquisadores da Universidade de Northumbria, em colaboração com a Universidade de Boston, a Universidade de Leicester, a Universidade de Aberystwyth, a Universidade de Reading, o Imperial College London, a Universidade de Lancaster e o Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. A pesquisa recebeu apoio do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC).