Tecnologia Científica

Explorando íons de oxigênio nos cinturões de radiação mais internos de Júpiter
Planetas como a Terra, Júpiter e Saturno, com campos magnéticos globais próprios, são cercados pelos chamados cinturões de radiação: presos no campo magnético, partículas carregadas em movimento rápido,
Por Max Planck Society - 12/01/2022


Enquanto os íons de oxigênio e enxofre de alta energia fora da órbita de Amalthea são fornecidos pela magnetosfera distante como subprodutos das erupções vulcânicas de Io, outra fonte deve ser responsável pela alta concentração de íons de oxigênio de alta energia para dentro de Amalthea, o que impede a transmissão de tais íons em sua órbita. Crédito: MPS

Planetas como a Terra, Júpiter e Saturno, com campos magnéticos globais próprios, são cercados pelos chamados cinturões de radiação: presos no campo magnético, partículas carregadas em movimento rápido, como elétrons, prótons e íons mais pesados, zunim, formando assim o cinturões de radiação invisíveis em forma de toro. Com suas altas velocidades atingindo quase a velocidade da luz, as partículas podem ionizar outras moléculas quando colidem, criando um ambiente perigoso que também pode ser perigoso para as sondas espaciais e seus instrumentos. A esse respeito, o gigante gasoso Júpiter ostenta os cinturões de radiação mais extremos do sistema solar. Em sua nova publicação, pesquisadores do MPS, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), do Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (EUA), do Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas (Portugal),

Como o enorme campo magnético de Júpiter, seus cinturões de radiação se estendem por vários milhões de quilômetros no espaço; no entanto, a região dentro da órbita da lua de Europa, uma área com um raio de cerca de 670.000 quilômetros ao redor do gigante gasoso, é o cenário das maiores densidades e velocidades de partículas energéticas. Visto de Júpiter, Europa é o segundo dos quatro grandes satélites jovianos chamados "luas galileanas" em homenagem ao seu descobridor do século XVII. Io é a lua galileana mais interna. Com as sondas espaciais Pioneer 11 em meados da década de 1970, Galileo de 1995 a 2003, e atualmente Juno, três missões espaciais se aventuraram até agora nessa parte mais interna dessas radiações cintos e realizadas medições in situ. "Infelizmente, os dados da Pioneer 11 e Juno não nos permitem concluir sem sombra de dúvida que tipo de íons a espaçonave encontrou lá", diz o cientista da MPS Dr. Elias Roussos, principal autor do novo estudo, descrevendo o estado atual da pesquisa. "Portanto, suas energias e origem também não eram claras até agora", acrescenta. Apenas os dados agora redescobertos dos últimos meses da missão Galileo são detalhados o suficiente para melhorar essa situação.

Aventurando-se nos cinturões de radiação internos

A espaçonave Galileo da NASA chegou ao sistema de Júpiter em 1995. Equipada com o Heavy Ion Counter (HIC), contribuído pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, e o Energetic Particle Detector (EPD), desenvolvido e construído pelo Johns Hopkins Applied Physics Laboratory em colaboração com o MPS, a missão passou os oito anos seguintes fornecendo informações fundamentais sobre a distribuição e dinâmica de partículas carregadas ao redor do gigante gasoso. No entanto, para proteger a espaçonave, ela inicialmente voou apenas pelas regiões externas e menos extremas dos cinturões de radiação. Somente em 2003, pouco antes do fim da missão, quando um risco maior era justificável, Galileu se aventurou na região mais interna das órbitas das luas Amalteia e Teba. Vistas de Júpiter, Amalthea e Thebe são a terceira e quarta luas do planeta gigante.
 
"Por causa da exposição à radiação forte, era de se esperar que os dados de medição do HIC e EPD da região interna do cinturão de radiação fossem fortemente corrompidos. Afinal, nenhum desses dois instrumentos foi projetado especificamente para operar em tais condições. um ambiente hostil", Roussos descreve suas expectativas quando começou a trabalhar no estudo atual, há três anos. No entanto, o pesquisador queria ver por si mesmo. Como membro da missão Cassini da NASA, ele testemunhou as órbitas finais e igualmente ousadas da Cassini em Saturno dois anos antes e analisou os dados únicos dessa fase final da missão. "O pensamento da missão Galileu, há muito concluída, continuava vindo à minha mente", lembra Roussos. Para sua própria surpresa,

Íons de oxigênio enigmáticos

Com a ajuda deste tesouro científico, os autores do presente estudo conseguiram agora determinar pela primeira vez a composição de íons dentro dos cinturões de radiação internos, bem como as velocidades e distribuição espacial dos íons. Em contraste com os cinturões de radiação da Terra e Saturno, que são dominados por prótons, a região dentro da órbita de Io também contém grandes quantidades de íons de oxigênio e enxofre muito mais pesados, com íons de oxigênio prevalecendo entre os dois. "A distribuição de energia dos íons pesados ​​fora da órbita de Amalthea sugere que eles são introduzidos em grande parte de uma região mais distante dos cinturões de radiações", diz Roussos. A lua Io, com seus mais de 400 vulcões ativos, que lançam repetidamente grandes quantidades de enxofre e dióxido de enxofre no espaço – e, em menor grau,

Mais para dentro, dentro da órbita de Amalthea, a composição de íons muda drasticamente em favor do oxigênio. "A concentração e a energia dos íons de oxigênio são muito maiores do que o esperado", diz Roussos. Na verdade, a concentração deve estar diminuindo nesta região, pois as luas Amalteia e Tebe absorvem os íons que chegam; as órbitas das duas pequenas luas formam assim uma espécie de barreira iônica natural. Esse comportamento é, por exemplo, conhecido dos cinturões de radiação do sistema saturniano com suas muitas luas.

A única explicação para o aumento da concentração de íons de oxigênio é, portanto, outra fonte local na região mais interna dos cinturões de radiação. A liberação de oxigênio após as colisões de íons de enxofre com as partículas de poeira fina dos anéis de Júpiter constitui uma possibilidade, como mostram as simulações de computador dos pesquisadores. Os anéis, que são muito mais fracos do que os de Saturno, estendem-se aproximadamente até a órbita de Tebe. No entanto, também é concebível que as ondas eletromagnéticas de baixa frequência no ambiente magnetosférico dos cinturões de radiação mais internos aqueçam os íons de oxigênio para as energias observadas.

"Atualmente, não é possível distinguir a favor de nenhuma dessas possíveis fontes", diz Roussos. Qualquer um desses dois mecanismos candidatos, no entanto, tem paralelos com a produção de partículas de alta energia em ambientes estelares ou extra-solares, estabelecendo ainda que os cinturões de radiação de Júpiter se estendem ao reino astrofísico, fato que o pesquisador espera justificar sua futura exploração com uma missão espacial dedicada. .

 

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