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Sistema de nuvens no hemisfério norte de Júpiter fotografado pela espaçonave Juno. Novas pesquisas mostram semelhanças entre os processos atmosféricos da Terra e os de Júpiter, ajudando a compreender como as tempestades de Júpiter são mantidas. Crédito: NASA
Uma análise de NASA imagens de satélite de ciclones em Júpiter revela que as tempestades são alimentadas por processos semelhantes aos que atuam na Terra.
Uma nova pesquisa revela que as tempestades turbulentas nas regiões polares de Júpiter são alimentadas por processos conhecidos pelos físicos que estudam os oceanos e a atmosfera da Terra. As semelhanças geofísicas que abrangem os 452 milhões de milhas entre os dois planetas poderiam até ajudar a facilitar uma melhor compreensão desses processos na Terra. O estudo foi liderado por Lia Siegelman, oceanógrafa física da Universidade da Califórnia, Instituição Scripps de Oceanografia de San Diego.
Descobrindo processos semelhantes aos da Terra em Júpiter
Siegelman fez a ligação entre o nosso planeta e o gigante gasoso pela primeira vez em 2018, quando notou uma semelhança impressionante entre as imagens dos enormes ciclones de Júpiter e a turbulência oceânica que estava a estudar. Para um físico, o ar e a água são considerados fluidos, por isso aplicar a física oceânica a Júpiter não é tão rebuscado quanto parece, disse Siegelman. “Júpiter é basicamente um oceano de gás.”
Esta observação inicial levou Siegelman a ser coautor de um estudo de 2022 publicado em Física da Natureza que analisou imagens infravermelhas de alta resolução dos ciclones de Júpiter tiradas por Nave espacial Juno da NASA. A análise revelou que um tipo de convecção semelhante ao que é visto na Terra ajuda a manter as tempestades de Júpiter, que podem ter milhares de quilômetros de largura e durar anos.
O estudo de 2022 concentrou-se diretamente nos ciclones de Júpiter, mas Siegelman também viu gavinhas finas, conhecidas pelos investigadores como filamentos, nos espaços entre os vórtices gasosos. Estes filamentos também tinham análogos terrestres, e Siegelman usou as imagens detalhadas de Juno para estudar se esta semelhança com os processos oceânicos e atmosféricos do nosso planeta era apenas superficial.
Compreendendo a dinâmica atmosférica de Júpiter
Publicado hoje (6 de junho) em Física da Natureza e financiado pela Scripps e pela National Science Foundation, o estudo de acompanhamento de Siegelman encontra semelhanças adicionais entre os processos que alimentam os ciclones de Júpiter e os que actuam na Terra. O estudo mostra que os filamentos entre os ciclones de Júpiter atuam em conjunto com a convecção para promover e sustentar as tempestades gigantes do planeta. Especificamente, os filamentos de Júpiter agem de forma semelhante ao que os oceanógrafos e meteorologistas chamam de frentes na Terra.
As frentes são frequentemente discutidas nas previsões meteorológicas – frentes frias ou frentes de tempestade, por exemplo – mas aplicam-se tanto a gases como a líquidos. Uma frente é a fronteira entre massas gasosas ou líquidas com diferentes densidades devido a diferenças em propriedades como temperatura. No oceano, as frentes também podem ser devidas a diferenças de salinidade, que influenciam a densidade da água do mar juntamente com a temperatura. Uma característica fundamental das frentes é que suas bordas de ataque apresentam fortes velocidades verticais que podem criar ventos ou correntes.
Analisando imagens infravermelhas do Juno
Para tentar compreender o papel dos filamentos que ela conseguia ver claramente entre os ciclones de Júpiter nas imagens de Juno, Siegelman olhou para uma série de imagens infravermelhas de Juno. O lote de imagens era da região polar norte de Júpiter e foram tiradas em incrementos de 30 segundos.
O facto de as imagens serem em infravermelho permitiu a Siegelman e ao seu coautor Patrice Klein, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Ecole Normale Superieure, calcular a temperatura – as áreas claras eram mais quentes e as áreas escuras eram mais frias. Em Júpiter, as partes mais quentes da atmosfera correspondem a nuvens finas e as partes mais frias representam uma espessa cobertura de nuvens, bloqueando mais o calor que emana do núcleo superaquecido de Júpiter. Os pesquisadores então rastrearam o movimento das nuvens e dos filamentos nos intervalos de 30 segundos que separam as fotografias para calcular a velocidade horizontal do vento.
Frentes na atmosfera de Júpiter
Estas duas informações permitiram que Siegelman e Klein aplicassem métodos da ciência oceânica e atmosférica a Júpiter, permitindo-lhes calcular as velocidades verticais do vento que corresponderiam às temperaturas e velocidades horizontais do vento que os investigadores derivaram das imagens. Depois que a equipe calculou as velocidades verticais do vento, eles conseguiram ver que os filamentos de Júpiter estavam de fato se comportando como frentes na Terra.
Essas velocidades verticais do vento nas extremidades das frentes em Júpiter também significavam que as frentes estavam envolvidas no transporte de energia sob a forma de calor do interior quente do planeta para a sua atmosfera superior – alimentando os ciclones gigantes. Embora a convecção seja o principal motor, as frentes representam um quarto da energia cinética total que alimenta os ciclones de Júpiter e quarenta por cento do transporte vertical de calor.
Implicações para a compreensão dos fenômenos cósmicos
“Estes ciclones nos pólos de Júpiter persistiram desde que foram observados pela primeira vez em 2016”, disse Siegelman. “Esses filamentos entre os grandes vórtices são relativamente pequenos, mas são um mecanismo importante para sustentar os ciclones. É fascinante que as frentes e a convecção estejam presentes e sejam influentes na Terra e em Júpiter – sugere que estes processos também podem estar presentes noutros corpos fluidos turbulentos no Universo.”
Avanços na visualização de fenômenos oceânicos
Siegelman também disse que a escala massiva de Júpiter e as imagens de alta resolução de Juno podem permitir uma visualização mais clara das maneiras pelas quais fenômenos de menor escala, como frentes, se conectam a fenômenos maiores, como ciclones e a atmosfera em geral – conexões que muitas vezes são difíceis de observar em Terra onde são muito menores e mais efêmeros. No entanto, acrescentou ela, um novo satélite há muito aguardado, conhecido pelos investigadores como SWOT, está preparado para tornar este tipo de fenómenos oceânicos muito mais fácil de observar.
“Há alguma beleza cósmica em descobrir que estes mecanismos físicos na Terra existem noutros planetas distantes”, disse Siegelman.
Referência: “Frontogênese em altas latitudes jovianas” 6 de junho de 2024, Física da Natureza.
DOI: 10.1038/s41567-024-02516-x