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Novo modelo 3-D poderia explicar a formação de uma tempestade hexagonal em Saturno
A tempestade tem cerca de 20.000 milhas de diâmetro e é cercada por faixas de ventos que chegam a 300 milhas por hora. Um furacão como esse não existe em nenhum outro planeta ou lua conhecido.
Por Universidade de Harvard - 07/10/2020


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Com seu deslumbrante sistema de anéis de gelo, Saturno é objeto de fascínio desde os tempos antigos. Mesmo agora, o sexto planeta a partir do Sol guarda muitos mistérios, em parte porque sua distância torna a observação direta difícil e em parte porque este gigante gasoso (que é várias vezes o tamanho do nosso planeta) tem uma composição e atmosfera, principalmente hidrogênio e hélio, então ao contrário da Terra. Aprender mais sobre isso pode trazer alguns insights sobre a criação do próprio sistema solar.

Um dos mistérios de Saturno envolve a enorme tempestade em forma de hexágono em seu pólo norte. O vórtice de seis lados é um fenômeno atmosférico que tem fascinado cientistas planetários desde sua descoberta na década de 1980 pelo programa American Voyager e a subsequente visita em 2006 pela missão EUA-Europa Cassini-Huygens. A tempestade tem cerca de 20.000 milhas de diâmetro e é cercada por faixas de ventos que chegam a 300 milhas por hora. Um furacão como esse não existe em nenhum outro planeta ou lua conhecido.

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

"Vemos tempestades na Terra regularmente e elas estão sempre em espiral, às vezes circulares, mas nunca algo com segmentos de hexágono ou polígonos com bordas", disse Yadav. "Isso é realmente impressionante e completamente inesperado. [A questão em Saturno é] 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 3-D da atmosfera de Saturno, Yadev e Bloxham acreditam que estão se aproximando de uma resposta.

Em seu artigo, os cientistas dizem que o furacão de aparência não natural ocorre quando fluxos atmosféricos nas profundezas de Saturno criam vórtices grandes e pequenos (também conhecidos como ciclones) que cercam um jato horizontal maior soprando para leste perto do pólo norte do planeta, que também tem uma série 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 pinçamento deforma o fluxo em um hexágono.

"Do ponto de vista científico, a atmosfera é muito importante para determinar a rapidez com que um planeta esfria. Todas essas coisas que você vê na superfície são basicamente manifestações do planeta esfriando e o esfriamento do planeta nos diz muito sobre o que está acontecendo dentro do planeta ", disse Yadav. "A motivação científica é basicamente entender como Saturno surgiu e como ele evolui com o tempo."


"Este jato está dando 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 nisso assim: "Imagine que temos um elástico e colocamos um monte de elásticos menores em torno dele e, em seguida, apertamos a coisa inteira de fora. Esse anel central vai ser comprimido por alguns centímetros e formar alguns forma estranha com um certo número de arestas. Essa é basicamente a física do que está acontecendo. Temos essas tempestades menores e elas estão basicamente comprimindo as tempestades maiores na região polar e, como precisam coexistir, precisam encontrar um espaço para basicamente aloja cada sistema. Com isso, eles acabam criando essa forma poligonal. "
 
O modelo que os pesquisadores criaram sugere que a tempestade tem milhares de quilômetros 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 mês que os cientistas realizaram, a simulação de computador mostrou que um fenômeno chamado convecção térmica profunda - que acontece quando o calor é transferido de um lugar para outro pelo movimento de fluidos ou gases - pode inesperadamente dar origem a fluxos atmosféricos que criam grandes polares ciclones e um padrão de 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 hexágono furioso e persistente.

A convecção é a mesma força que causa tornados e furacões na Terra. É semelhante a ferver uma panela de água: o calor do fundo é transferido para a superfície mais fria, fazendo com que o topo borbulhe. Isso é o que se acredita ser a causa de muitas das tempestades em Saturno, que, como um gigante gasoso, não tem uma superfície sólida como a da Terra.

"O padrão de fluxo hexagonal em Saturno é um exemplo notável 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 hexágonos semelhantes às observadas em Saturno."

O que o modelo não produziu, porém, foi um hexágono. Em vez disso, a forma que os pesquisadores viram era um polígono 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 é formada e por que permaneceu relativamente inalterada por quase 40 anos.

O interesse na tempestade hexagonal de Saturno remonta a 1988, quando o astrônomo David A. Godfrey analisou os dados do voo rasante das passagens de Saturno da espaçonave Voyager em 1980 e 1981 e relatou a descoberta. Décadas 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 pólos na escuridão por enquanto. A Cassini, por exemplo, só tirou imagens térmicas da tempestade quando ela chegou pela primeira vez em 2004. Mesmo quando o sol brilha no pólo norte de Saturno, as nuvens são tão densas que a luz não penetra profundamente no planeta.

Independentemente disso, existem muitas hipóteses sobre como a tempestade se formou. A maioria se concentra em duas escolas de pensamento: uma sugere que o hexágono é raso e se estende por centenas de quilômetros de profundidade; a outra sugere que os jatos zonais têm milhares de quilômetros de profundidade.

As descobertas de Yadev e Bloxham baseiam-se na última teoria, mas precisam incluir mais dados atmosféricos de Saturno e refinar ainda mais seu modelo para criar uma imagem mais precisa do que está acontecendo 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 científico, a atmosfera é muito importante para determinar a rapidez com que um planeta esfria. Todas essas coisas que você vê na superfície são basicamente manifestações do planeta esfriando e o esfriamento do planeta nos diz muito sobre o que está acontecendo dentro do planeta ", disse Yadav. "A motivação científica é basicamente entender como Saturno surgiu e como ele evolui com o tempo."

 

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