A missão Juno da NASA revela o que está sob as lindas nuvens de Júpiter

Para algo que deveria ter sido feito e descartado três anos atrás, a espaçonave Juno da NASA tem uma agenda lotada pela frente para explorar Júpiter e suas grandes luas.

A nave espacial entrou em órbita ao redor de Júpiter em 4 de julho de 2016, e sobreviveu ao bombardeio de intensa radiação no maior dos planetas do sistema solar. Agora está terminando sua missão principal, mas a NASA concedeu-lhe uma extensão de quatro anos e mais 42 órbitas. Na semana passada, ele passou rapidamente por Ganimedes, a maior lua de Júpiter.

“Basicamente, projetamos e construímos um tanque blindado”, disse Scott J. Bolton, do Southwest Research Institute em San Antonio, que é o principal investigador da missão. “E tem funcionado.”

Júpiter é essencialmente uma grande bola de hidrogênio, mas acabou se revelando uma bola bastante complicada. As descobertas da missão incluem relâmpagos mais altos do que se pensava ser possível, anéis de tempestade estáveis ​​nos pólos norte e sul e ventos que se estendem tão profundamente para o interior que podem empurrar os campos magnéticos do planeta.

“Acho que isso foi uma revelação”, disse David J. Stevenson, professor de ciência planetária no Instituto de Tecnologia da Califórnia e co-investigador da missão.

O caminho altamente elíptico de Juno, inclinado em um ângulo de quase 90 graus em relação às órbitas das luas de Júpiter, passa pelos pólos norte e sul do planeta. Em cada órbita, Juno desce sobre ele, atingindo uma velocidade máxima de 130.000 milhas por hora ao passar a poucos milhares de milhas das nuvens de Júpiter.

Um problema inicial com o sistema de propulsão levou os gerentes da missão a renunciar a ligar um motor que teria encurtado a órbita de 53 dias para 14 dias. Os cientistas na missão tiveram que ser mais pacientes, mas isso se tornou uma bênção.

Na linha do tempo original, Juno teria concluído seu trabalho no início de 2018. Com as trajetórias mais lânguidas da espaçonave, os pesquisadores serão capazes de observar mudanças dentro e ao redor de Júpiter que eles poderiam ter perdido se a missão fosse concluída mais cedo.

As órbitas adicionais da missão estendida também permitirão uma investigação mais aprofundada dos mistérios que Juno revelou, como os anéis de tempestade nos pólos norte e sul: oito tempestades ao redor do pólo norte, cinco ao redor do pólo sul.

A certa altura, parecia que uma sexta tempestade estava entrando no grupo no pólo sul, mas foi repelida posteriormente.

“Eles são como cinco valentões no parquinho, certo?” disse Candice J. Hansen-Koharcheck, cientista do Instituto de Ciências Planetárias de Tucson, Arizona, responsável pelo funcionamento da câmara principal da espaçonave, JunoCam. “Oh não, você não pode entrar no nosso jogo.”

Por que as tempestades, que duram anos e têm cerca de 2.500 milhas de diâmetro, parecem permanecer constantes em número?

Duas tempestades caberiam facilmente em uma região polar sem interromper uma à outra, disse Yohai Kaspi, professor de ciências terrestres e planetárias do Instituto Weizmann de Ciências em Israel e co-investigador da missão. “Mas se você tivesse 100, seria muito perto e eles não seriam estáveis”, disse ele. “Existe esse número mágico que pode fazer com que eles se encaixem.”

Os padrões atmosféricos na metade superior de Júpiter diferem daqueles na metade inferior. “Fizemos alguns testes com diferentes dinâmicas de norte e sul”, disse ele, para entender por que os dois pólos têm números diferentes de tempestades.

Os cientistas examinarão mais de perto as oito tempestades no topo de Júpiter nos próximos anos. A imensa gravidade de Júpiter está puxando a órbita de Juno para que as abordagens mais próximas da espaçonave, o que os cientistas chamam de perijoves, não ocorram mais sobre o equador, mas migrem para o norte. No final da missão estendida, o perijove da órbita ocorrerá em uma latitude equivalente a onde São Petersburgo, na Rússia, está localizada na Terra.

Essas órbitas também fornecerão observações mais detalhadas dos intrigantes relâmpagos no alto da atmosfera.

As listras coloridas e ondulantes de Júpiter são apenas o topo das nuvens mais altas, feitas de cristais de amônia congelados cobertos de fuligem. Mas as nuvens de água de Júpiter, de onde os raios observados por espaçonaves anteriores pareciam se originar – são 30 a 40 milhas mais profundas do que o topo das nuvens. Dentro das nuvens de água, os relâmpagos provavelmente ocorrem de forma semelhante às tempestades na Terra, alimentadas pela colisão de gotículas de água com cristais de gelo que acumulam carga elétrica.

Mas os clarões tênues e nunca antes detectados que Juno detectou foram mais altos na atmosfera, onde as temperaturas, em torno de -125 graus Fahrenheit, são muito frias para que a água permaneça líquida.

Quando ele viu os flashes pela primeira vez, a reação de Heidi N. Becker, uma cientista do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA na Califórnia, que está liderando a pesquisa de monitoramento de radiação de Juno, foi “Uh oh, o que há de errado?”

A chave para desvendar esse mistério era a amônia na atmosfera, que agia como anticongelante.

“Júpiter tem tempestades incrivelmente violentas que podem expelir partículas de água gelada de baixo a 160, 320 quilômetros por hora e chegar a altitudes muito elevadas”, disse Becker.

Acima, cristais de água gelada se misturam com vapores de amônia e derretem. Gotas de água e amônia colidem com cristais de gelo adicionais lançados de baixo, criando uma carga elétrica para gerar relâmpagos.

Aparentemente, paradoxalmente, a amônia também é a chave para explicar por que há tão pouca amônia nas mesmas áreas da atmosfera onde o raio cai. Os cientistas esperavam que, abaixo das nuvens de gelo de amônia, os ventos agitados de Júpiter misturassem o gás de amônia uniformemente em toda a atmosfera.

“Mas não é isso que está acontecendo”, disse Tristan Guillot, diretor de pesquisa do Observatório Côte d’Azur na França e co-investigador da missão. “Temos regiões até 200 quilômetros abaixo ou talvez mais que contêm muito menos amônia do que outras regiões.”

Isso parece ser causado por chuvas torrenciais de fungos, conglomerados pegajosos e pegajosos do tamanho de bolas de beisebol.

Os cientistas perceberam que as gotículas de amônia e água não permanecem como pequenas gotículas. Em vez disso, eles continuam a crescer até que se tornem muito pesados ​​para permanecer suspensos no ar. “Como grandes pedras de granizo na Terra”, disse Stevenson.

Os cientistas acreditam que as bolas de cogumelo em chuva carregam grande parte da amônia para as partes mais profundas da atmosfera de Júpiter.

A missão melhorou a compreensão da Grande Mancha Vermelha, mostrando que a icônica tempestade gigante, que persistiu por séculos, se estende por mais de 320 quilômetros na atmosfera de Júpiter e levou à descoberta de uma nova região que os cientistas chamam de Big Blue . Lugar.

Na verdade, não é azul; o nome é um artefato do esquema de cores usado no mapeamento do campo magnético de Júpiter. Na verdade, as fotografias não mostram nenhuma evidência visível da Grande Mancha Azul. A região azul escura no mapa magnético indica apenas uma confluência de linhas de campo magnético invisíveis entrando em Júpiter naquele ponto, quase um segundo pólo sul projetando-se perto do equador.

Kimberly M. Moore, pesquisadora de pós-doutorado no Caltech, comparou as medições magnéticas de Juno com observações de espaçonaves anteriores para ver como os campos magnéticos na Grande Mancha Azul mudaram ao longo das décadas.

Parece que o centro da Grande Mancha Azul está sendo soprado para oeste por um jato de ventos, enquanto os ventos de leste estão cortando as seções superior e inferior do local na direção oposta.

Isso sugere que os ventos de Júpiter se estendem muito abaixo do topo das nuvens, em regiões onde as pressões e temperaturas são altas o suficiente para transformar o hidrogênio em um condutor elétrico. Correntes elétricas geram campos magnéticos.

A força dos campos magnéticos dentro da Grande Mancha Azul está mudando em até um por cento ao ano, ficando mais forte em alguns lugares e enfraquecendo em outros. Ao final da missão estendida em 2025, a Dra. Moore terá quase uma década de dados para testar sua hipótese, que prevê mudanças de até 10% durante esse período. “Isso é o que nosso modelo prevê e queremos testá-lo”, disse ele.

Os cientistas também podem encontrar novos mistérios. A Grande Mancha Azul está localizada aproximadamente na mesma latitude que a Grande Mancha Vermelha. Os dois fenômenos estão relacionados ou separados?

“O fato de eles viajarem em velocidades diferentes sugere que talvez sejam improváveis ​​de serem relacionados”, disse o Dr. Moore. Mas talvez haja algum tipo de mecanismo causal. Afinal, é apenas um planeta fluido. “

Durante a missão estendida, Juno também voará por três das grandes luas de Júpiter.

Na semana passada, Juno deu aos cientistas a primeira visão de perto em mais de 20 anos de Ganimedes, a maior das luas de Júpiter. Com mais de 3.200 milhas de largura, Ganimedes é maior e mais massivo do que o planeta Mercúrio, e é a única lua conhecida a gerar seu próprio campo magnético.

O Dr. Hansen-Koharcheck comparará as imagens de Juno de Ganymede com imagens mais antigas. Partes da superfície são marcadas por sulcos frequentemente vistos em luas geladas. Embora ainda exista um oceano de água líquida sob a crosta gelada da lua, acredita-se que o gelo tenha mais de 60 milhas de espessura, e os sulcos de Ganimedes provavelmente se formaram há alguns bilhões de anos, quando a superfície era mais quente e mais flexível, Dr. Hansen. -Disse Koharcheck.

“É altamente improvável que o terreno da ranhura esteja agora em comunicação com esse manto de água”, disse ele. “No entanto, se o encontrássemos, ele também estaria pulando e gritando.”

Os campos magnéticos ao redor de Ganimedes poderiam contar uma história mais intrigante. No interior, o ferro derretido provavelmente ainda flui para gerar uma bolha de campos magnéticos chamada magnetosfera, semelhante àquela que protege a Terra das partículas carregadas de vento do sol.

“Tivemos uma grande oportunidade com este sobrevôo de passar por ele”, disse Frances Bagenal, professora de ciências planetárias e astrofísicas da Universidade do Colorado, em Boulder, e co-investigadora da missão.

As observações dos campos de Ganimedes e como eles se entrelaçam com os de Júpiter ajudarão a iluminar como uma fina atmosfera de partículas carregadas se forma ao redor da lua, como as partículas carregadas geram auroras brilhantes e como algumas das partículas carregadas viajam diretamente entre Júpiter e Ganimedes. Medições infravermelhas mostrarão variações na concentração de moléculas de água, que são desalojadas do gelo pelo bombardeio de partículas.

Juno não passará tão perto de Ganimedes novamente, mas voará sobre duas outras luas grandes e muito diferentes.

Uma dessas luas, Io, é um mundo infernal que é o mais vulcanicamente ativo do sistema solar. O instrumento infravermelho de Juno medirá os pontos quentes em Io com mais precisão do que as espaçonaves anteriores.

“Rachaduras na superfície e muitos rios de lava, algo assim”, disse Alessandro Mura, do Instituto Nacional de Astrofísica de Roma, que opera o instrumento de mapeamento infravermelho de Juno.

A outra lua que você visitará, Europa, está coberta de gelo com um oceano profundo embaixo. Europa é considerada um dos lugares mais promissores para a busca de vida em outras partes do sistema solar.

Na Europa, JunoCam apontará para a linha divisória entre dia e noite. Nos últimos anos, observações do Telescópio Espacial Hubble indicaram erupções de vapor d’água do oceano quebrando a superfície gelada. A esperança é que JunoCam possa, por acaso, capturar uma coluna de água iluminada pela luz solar.

“Essa é uma maneira realmente boa de procurar erupções”, disse o Dr. Hansen-Koharcheck. A mesma técnica detectou uma erupção vulcânica em Io.

O manto de gelo de Europa é mais fino do que o de Ganimedes, então as chances de encontrar um local liso onde a água congelada ou vapor entrou em erupção na superfície são maiores. “Estaríamos procurando por depósitos superficiais que pudessem parecer frios ou particularmente brilhantes”, disse o Dr. Hansen-Koharcheck.

Tudo isso poderia não ter sido possível se não fosse por aquele problema de propulsão. Se a espaçonave orbitasse Júpiter a cada 14 dias em vez de 53, Juno poderia não estar em posição de voar sobre as luas.

“Acho que foi um acaso”, disse Bolton.