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TELESCÓPIOS E SONDA UNEM FORÇAS PARA INVESTIGAR AS PROFUNDEZAS DA ATMOSFERA DE JÚPITER
12 de maio de 2020

 


Estas imagens da Grande Mancha Vermelha de Júpiter foram feitas usando dados recolhidos pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Observatório Gemini no dia 1 de abril de 2018. Combinando observações capturadas quase ao mesmo tempo com dois observatórios diferentes, os astrónomos foram capazes de determinar que as características escuras da Grande Mancha Vermelha são buracos nas nuvens, em vez de massas de material escuro.
Canto superior esquerdo e canto inferior esquerdo (ampliação): Imagem pelo Hubble (visível) de luz solar refletida das nuvens na atmosfera de Júpiter mostram características escuras dentro da Grande Mancha Vermelha;
Canto superior direito: Imagem infravermelha da mesma área obtida pelo Gemini que mostra calor emitido como energia infravermelha. As nuvens frias aparecem como regiões escuras, mas "clareiras" nas nuvens permitem que a emissão infravermelha brilhante escape das camadas mais quentes por baixo;
Meio inferior: Imagem ultravioleta, pelo Hubble, que mostra luz solar dispersada pelas neblinas acima da Grande Mancha Vermelha. A Grande Mancha Vermelha aparece vermelha no visível porque estas neblinas absorvem comprimentos de onda azuis. Os dados do Hubble mostram que as neblinas continuam a absorver até comprimentos de onda ultravioletas mais curtos;
Canto inferior direito: composição em vários comprimentos de onda recorrendo a dados do Hubble e do Gemini que mostra luz visível a azul e radiação infravermelha a vermelho. As observações combinadas mostram que as áreas que são brilhantes no infravermelho são "clareiras" ou locais onde há menos cobertura de nuvens a bloquear o calor do interior.
As observações do Hubble e do Gemini foram feitas para fornecer um contexto mais amplo da 12.ª passagem da Juno (Perijove 12).
Crédito: NASA, ESA e M. H. Wong (UC Berkeley) e equipa

 

O Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Observatório Gemini, no Hawaii, uniram esforços com a sonda Juno para examinar as tempestades mais poderosas do Sistema Solar, ocorrendo a mais de 800 milhões de quilómetros de distância no gigantesco planeta Júpiter.

Uma equipa de investigadores liderados por Michael Wong da Universidade da Califórnia, Berkeley, e incluindo Amy Simon do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, e Imke de Pater também da UC em Berkeley, estão a combinar observações em vários comprimentos de onda do Hubble e do Gemini com ampliações adquiridas pela Juno em órbita do planeta gigante, obtendo novas ideias sobre o clima turbulento neste mundo distante.

"Queremos saber como a atmosfera de Júpiter funciona," disse Wong. É aqui que o trabalho da equipa da Juno, do Hubble e do Gemini entra em cena.

"Show de luzes" no rádio

As tempestades constantes de Júpiter são gigantescas em comparação com as da Terra, atingindo quase 65 km da sua base até ao topo - cinco vezes mais altas do que as tempestades típicas da Terra - e os poderosos relâmpagos são até três vezes mais energéticos do que os maiores "super-relâmpagos" da Terra.

Tal como os relâmpagos na Terra, os de Júpiter agem como transmissores de rádio, emitindo ondas de rádio bem como luz visível quando "piscam" pelo céu.

A cada 53 dias, a Juno passa perto dos sistemas de tempestades, detetando sinais de rádio conhecidos como "sferics" e "assobios", que podem ser usados para mapear relâmpagos até mesmo no lado diurno do planeta ou em nuvens profundas onde os flashes não são de outra maneira visíveis.

Coincidindo com cada passagem, o Hubble e Gemini observam de longe, capturando imagens globais de alta resolução, essenciais para a interpretação das observações íntimas da Juno. "O radiómetro de micro-ondas da Juno investiga profundamente a atmosfera do planeta, detetando ondas de rádio de alta frequência que podem penetrar através das espessas camadas de nuvens. Os dados do Hubble e do Gemini podem dizer-nos quão espessas são as nuvens e a profundidade a que estamos a observar as nuvens," explicou Simon.

Ao mapear os relâmpagos detetados pela Juno em imagens óticas do planeta capturadas pelo Hubble e imagens infravermelhas capturadas ao mesmo tempo pelo Gemini, a equipa de investigação conseguiu mostrar que os eventos de relâmpagos estão associados a uma combinação de estruturas de nuvens: nuvens profundas feitas de água, grandes torres convectivas provocadas pela ressurgência de ar húmido - essencialmente nuvens jovianas do tipo cúmulo-nimbo - e regiões limpas presumivelmente causadas pela inundação do ar mais seco fora das torres convectivas.

Os dados do Hubble mostram a altura das nuvens espessas nas torres convectivas, bem como a profundidade das nuvens em águas profundas. Os dados do Gemini revelam claramente as "clareiras" nas nuvens a altas altitudes, onde é possível vislumbrar as nuvens profundas de água.

Wong pensa que os relâmpagos são comuns num tipo de área turbulenta conhecida como regiões filamentosas dobradas, o que sugere que ocorre aí uma convecção húmida. "Estes vórtices ciclónicos podem ser chaminés internas de energia, ajudando a libertar energia interna por convecção," disse. "Não acontece em todos os lugares, mas algo nestes ciclones parece facilitar a convecção."

A capacidade de correlacionar relâmpagos com nuvens profundas de água também fornece aos investigadores outra ferramenta para estimar a quantidade de água na atmosfera de Júpiter, parâmetro importante para entender como Júpiter e os outros gigantes de gás e gelo se formaram e, portanto, como o Sistema Solar como um todo se formou.

Embora as missões espaciais anteriores tenham descoberto muito sobre Júpiter, grande parte dos detalhes - incluindo a quantidade de água na atmosfera profunda, exatamente como o calor flui do interior e o que provoca certas cores e padrões nas nuvens - permanecem um mistério. O resultado combinado fornece informações sobre a dinâmica e sobre a estrutura tridimensional da atmosfera.

Vendo a Mancha Vermelha de modo semelhante a uma "abóbora iluminada"

Com o Hubble e o Gemini a observar Júpiter com mais frequência durante a missão da Juno, os cientistas também são capazes de estudar mudanças a curto prazo e características de curta duração, como as da Grande Mancha Vermelha.

As imagens da Juno, bem como de missões anteriores a Júpiter, revelaram características escuras dentro da Grande Mancha Vermelha que aparecem, desaparecem e mudam de forma com o tempo. Não ficou claro, a partir de imagens individuais, se estas características são provocadas por algum material misterioso de cor escura dentro da camada de nuvens altas ou se são ao invés buracos nas nuvens altas - janelas para uma camada mais profunda e escura.

Agora, com a capacidade de comparar imagens no visível obtidas pelo Hubble com imagens infravermelhas do Gemini, separadas por apenas horas umas das outras, é possível responder à pergunta. As regiões escuras no visível são muito brilhantes no infravermelho, indicando que são, de facto, buracos na camada de nuvens. Em regiões sem nuvens, o calor do interior de Júpiter, emitido sob a forma de luz infravermelha - de outro modo bloqueado por nuvens a alta altitude - é livre para escapar para o espaço e, portanto, aparece brilhante nas imagens do Gemini.

"É como uma espécie de 'abóbora iluminada'," disse Wong. "Vemos a luz infravermelha brilhante proveniente de áreas livres de nuvens, mas onde há nuvens, são bastante escuras no infravermelho."

Hubble e Gemini como rastreadores do clima joviano

A observação regular de Júpiter pelo Hubble e com o Gemini, em apoio à missão Juno, também se mostra valiosa em estudos de muitos outros fenómenos climáticos, incluindo mudanças nos padrões de vento, características das ondas atmosféricas e da circulação de vários gases na atmosfera.

O Hubble e o Gemini podem monitorizar o planeta como um todo, fornecendo mapas básicos em tempo real em vários comprimentos de onda para referência nas medições da Juno, da mesma maneira que os satélites meteorológicos de observação da Terra fornecem contexto para os caçadores de furacões da agência norte-americana NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).

"Como agora temos rotineiramente estas visualizações de alta resolução de dois observatórios e em comprimentos de onda diferentes, estamos a aprender muito mais sobre o clima de Júpiter," explicou Simon. "Este é o nosso equivalente a um satélite meteorológico. Podemos finalmente começar a analisar os ciclos climáticos."

Dado que as observações do Hubble e do Gemini são tão importantes para a interpretação dos dados da Juno, Wong e os colegas Simon e de Pater estão a tornar todos os dados processados facilmente acessíveis a outros investigadores através do Arquivo MAST (Mikulski Archives for Space Telescopes) do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, Maryland.

"O importante é que conseguimos recolher este enorme conjunto de dados que suporta a missão Juno. Existem tantas aplicações do conjunto de dados que nem as podemos antecipar. De modo que permitimos que outros cientistas façam ciência sem aquela barreira de ter que descobrir por conta própria como processar os dados," disse Wong.

Os resultados foram publicados o mês passado na revista The Astrophysical Journal Supplement Series.

 


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Este gráfico mostra observações e interpretações de estruturas de nuvens e circulação atmosférica em Júpiter recolhidas pela sonda Juno, pelo Telescópio Espacial Hubble e pelo Observatório Gemini. Através da combinação de dados da Juno, do Hubble e do Gemini, os investigadores são capazes de ver que os relâmpagos estão agrupados em regiões turbulentas onde existem nuvens profundas de água e onde o ar húmido sobe para formar torres convectivas parecidas às nuvens do tipo cúmulo-nimbo cá na Terra. A parte de baixo da ilustração de relâmpagos, torres convectivas, nuvens profundas de água e "clareiras" na atmosfera de Júpiter têm por base dados da Juno, do Hubble e do Gemini, e correspondem às linhas brancas vistas nas imagens de cima. A combinação das observações pode ser usada para mapear as estruturas de nuvens a três dimensões e inferir detalhes da circulação atmosférica. Nuvens altas e espessas formam-se onde o ar húmido sobe (convecção ativa). As "clareiras" formam-se onde o ar mais seco se afunda. As nuvens aqui vistas são cinco vezes mais altas do que nuvens parecidas na atmosfera relativamente mais fina da Terra. A região ilustrada (que corresponde a uma pequena área das fotografias na parte superior) é, horizontalmente, cerca de 33% maior do que os Estados Unidos continentais.
Crédito: NASA, ESA, M. H. Wong (UC Berkeley), A. James e M. W. Carruthers (STScI) e S. Brown (JPL)


// NASA (comunicado de imprensa)
// Hubblesite (comunicado de imprensa)
// Observatório Gemini (comunicado de imprensa)
// UC Berkeley (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Supplement Series)

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