Tecnologia Científica

Perseguição de tempestade interplaneta¡ria
Um dos mistanãrios de Saturno envolve a enorme tempestade em forma de hexa¡gono em seu pa³lo norte.
Por Juan Siliezar - 06/10/2020


Cortesia

Com seu deslumbrante sistema de ananãis de gelo, Saturno éobjeto de fasca­nio desde os tempos antigos. Mesmo agora, o sexto planeta a partir do Sol guarda muitos mistanãrios, em parte porque sua distância torna a observação direta difa­cil e em parte porque este gigante gasoso (que évárias vezes o tamanho do nosso planeta) tem uma composição e atmosfera, principalmente hidrogaªnio e hanãlio, então ao contra¡rio da Terra. Aprender mais sobre isso pode trazer alguns insights sobre a criação do pra³prio sistema solar.

Um dos mistanãrios de Saturno envolve a enorme tempestade em forma de hexa¡gono em seu pa³lo norte. O va³rtice de seis lados éum fena´meno atmosfanãrico que tem fascinado os cientistas planetarios desde sua descoberta na década de 1980 pelo programa American Voyager e a subsequente visita em 2006 pela missão EUA-Europa Cassini osHuygens. A tempestade tem cerca de 20.000 milhas de dia¢metro e écercada por faixas de ventos que chegam a 300 milhas por hora. Um furaca£o como esse não existe em nenhum outro planeta ou lua conhecido.

Dois dos muitos cientistas que se tornaram caçadores de tempestades interplaneta¡rias trabalhando para descobrir os segredos dessa maravilha são Jeremy Bloxham , o professor de geofa­sica Mallinckrodt, e o pesquisador associado Rakesh K. Yadav , que trabalha no laboratório de Bloxham no Departamento da Terra de Harvard e Ciências planeta¡rias. Em um artigo publicado recentemente no PNAS, os pesquisadores começam a se envolver em torno de como o va³rtice surgiu.

“Vemos tempestades na Terra regularmente e elas estãosempre em espiral, a s vezes circulares, mas nunca algo com segmentos de hexa¡gono ou pola­gonos com bordas”, disse Yadav. “Isso érealmente impressionante e completamente inesperado. [A questãoem Saturno anã] como um sistema tão grande se formou e como um sistema tão grande pode permanecer inalterado neste grande planeta? ”

Ao criar um modelo de simulação 3D da atmosfera de Saturno, Yadev e Bloxham acreditam que estãose aproximando de uma resposta.

Em seu artigo, os cientistas dizem que o furaca£o de aparaªncia não natural ocorre quando fluxos atmosfanãricos nas profundezas de Saturno criam va³rtices grandes e pequenos (também conhecidos como ciclones) que cercam um jato horizontal maior soprando para leste perto do pa³lo norte do planeta, que também tem uma sanãrie de tempestades dentro dele. As tempestades menores interagem com o sistema maior e, como resultado, efetivamente beliscam o jato oriental e confinam-no ao topo do planeta. O processo de pina§amento deforma o fluxo em um hexa¡gono.

“Este jato estãodando voltas e mais voltas ao redor do planeta, e tem que coexistir com essas tempestades localizadas [menores]”, disse Yadav, o principal autor do estudo. Pense assim: “Imagine que temos um ela¡stico e colocamos um monte de ela¡sticos menores em torno dele e, em seguida, apenas apertamos a coisa inteira de fora. Esse anel central vai ser comprimido alguns centa­metros e tera¡ uma forma estranha com um certo número de arestas. Essa ébasicamente a física do que estãoacontecendo. Temos essas tempestades menores e elas estãobasicamente comprimindo as tempestades maiores na regia£o polar e, como precisam coexistir, precisam encontrar um espaço para abrigar basicamente cada sistema. Ao fazer isso, eles acabam fazendo essa forma poligonal. ”

O modelo que os pesquisadores criaram sugere que a tempestade tem milhares de quila´metros de profundidade, bem abaixo do topo das nuvens de Saturno. A simulação imita a camada externa do planeta e cobre apenas cerca de 10 por cento de seu raio. Em um experimento de um maªs que os cientistas realizaram, a simulação de computador mostrou que um fena´meno chamado convecção tanãrmica profunda - que acontece quando o calor étransferido de um lugar para outro pelo movimento de fluidos ou gases - pode inesperadamente dar origem a fluxos atmosfanãricos que criam grandes polares ciclones e um padrãode jato de alta latitude para o leste. Quando esses se misturam no topo, formam uma forma inesperada, e como as tempestades se formam nas profundezas do planeta, os cientistas disseram que isso torna o hexa¡gono furioso e persistente.

A convecção éa mesma força que causa tornados e furacaµes na Terra. a‰ semelhante a ferver uma panela de a¡gua: o calor do fundo étransferido para asuperfÍcie mais fria, fazendo com que o topo borbulhe. Isso éo que se acredita ser a causa de muitas das tempestades em Saturno, que, como um gigante gasoso, não tem umasuperfÍcie sãolida como a da Terra.

“O padrãode fluxo hexagonal em Saturno éum exemplo nota¡vel de auto-organização turbulenta”, escreveram os pesquisadores no artigo de junho. “Nosso modelo produz simultaneamente e de forma autoconsistente jatos zonais alternados, o ciclone polar e estruturas poligonais semelhantes a hexa¡gonos semelhantes a s observadas em Saturno.”

O que o modelo não produziu, poranãm, foi um hexa¡gono. Em vez disso, a forma que os pesquisadores viram era um pola­gono de nove lados que se movia mais rápido do que a tempestade de Saturno. Ainda assim, a forma serve como prova de conceito para a tese geral sobre como a forma majestosa éformada e por que permaneceu relativamente inalterada por quase 40 anos.

O interesse na tempestade hexagonal de Saturno remonta a 1988, quando o astra´nomo David A. Godfrey analisou os dados do voo rasante das passagens de Saturno da Espaçonave Voyager em 1980 e 1981 e relatou a descoberta. Danãcadas depois, de 2004 a 2017, a Espaçonave Cassini da NASA capturou algumas das imagens mais claras e conhecidas da anomalia antes de mergulhar no planeta.

Relativamente pouco se sabe sobre a tempestade porque o planeta leva 30 anos para orbitar ao redor do sol, deixando qualquer um dos pa³los na escurida£o por enquanto. A Cassini, por exemplo, são tirou imagens tanãrmicas da tempestade quando ela chegou pela primeira vez em 2004. Mesmo quando o sol brilha no pa³lo norte de Saturno, as nuvens são tão densas que a luz não penetra profundamente no planeta.

Independentemente disso, existem muitas hipa³teses sobre como a tempestade se formou. A maioria se concentra em duas escolas de pensamento: uma sugere que o hexa¡gono éraso e se estende por centenas de quila´metros de profundidade; a outra sugere que os jatos zonais tem milhares de quila´metros de profundidade.

As descobertas de Yadev e Bloxham baseiam-se na última teoria, mas precisam incluir mais dados atmosfanãricos de Saturno e refinar ainda mais seu modelo para criar uma imagem mais precisa do que estãoacontecendo com a tempestade. No geral, a dupla espera que suas descobertas possam ajudar a pintar um retrato da atividade em Saturno em geral.

“Do ponto de vista cienta­fico, a atmosfera émuito importante para determinar a rapidez com que um planeta esfria. Todas essas coisas que vocêvaª nasuperfÍcie, são basicamente manifestações do planeta resfriando e o resfriamento do planeta nos diz muito sobre o que estãoacontecendo dentro do planeta ”, disse Yadav. “A motivação cienta­fica ébasicamente entender como Saturno surgiu e como ele evolui ao longo do tempo.”

Este trabalho foi apoiado pelo FAS Research Computing, o NASA High-End Computing Program e o projeto NASA Juno.

 

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