Júpiter e Saturno, os dois maiores planetas do Sistema Solar, parecem quase feitos para serem comparados. A composição é muito parecida, a rotação ocorre em ritmos semelhantes e ambos liberam calor interno de forma comparável. Até nisso eles se assemelham: os dois acumulam luas em quantidade impressionante.
O enigma das tempestades polares em Júpiter e Saturno
Ainda assim, há uma diferença que há muito tempo intriga os cientistas: as enormes tempestades em forma de vórtice que dominam as regiões polares.
Em Saturno, existe uma grande tempestade em cada polo.
Já em Júpiter, cada polo é comandado por um único vórtice maior, cercado por uma espécie de diadema de vórtices menores.
Agora, dois cientistas planetários acreditam ter encontrado uma explicação plausível. O ponto central estaria no modo como essas tempestades nascem e em como se conectam ao interior do planeta: se a atmosfera permite que elas cresçam livremente (como ocorreria em Saturno) ou se, na prática, impõe um limite ao tamanho final das tempestades (como em Júpiter).
No modelo proposto pela dupla, tudo depende do quanto as tempestades ficam acopladas às camadas mais profundas.
"Nosso estudo mostra que, dependendo das propriedades do interior e da maciez da base do vórtice, isso vai influenciar o tipo de padrão de fluido que você observa na superfície", diz a cientista planetária Wanying Kang, do MIT.
"Eu não acho que alguém tenha feito essa conexão entre o padrão do fluido na superfície e as propriedades internas desses planetas. Um cenário possível é que Saturno tenha uma base mais rígida do que Júpiter."
O que as missões Cassini e Juno revelaram sobre os polos
O “tempo” em Júpiter e Saturno é lendário. Com atmosferas gasosas e volumosas, os dois planetas são palco de tempestades turbulentas, faixas intensas de ventos e nuvens espessas, formando redemoinhos e desenhos que lembram arte abstrata.
Ambos também foram observados de perto por missões dedicadas: Cassini em Saturno e Juno em Júpiter. Essas sondas, que mudaram o jogo, deixaram claro que, apesar das semelhanças gerais, cada planeta mantém uma configuração própria - e bem peculiar - de tempestades polares.
"As pessoas passaram muito tempo decifrando as diferenças entre Júpiter e Saturno", afirma o cientista atmosférico Jiaru Shi, também do MIT. "Os planetas têm quase o mesmo tamanho e são feitos principalmente de hidrogênio e hélio. Não está claro por que os vórtices polares deles são tão diferentes."
Um modelo 2D para reproduzir vórtices e padrões de superfície
Para investigar o problema, os pesquisadores construíram um modelo bidimensional de dinâmica de fluidos na superfície, com o objetivo de reproduzir os vórtices observados na atmosfera visível dos dois planetas.
"Em um sistema que gira rápido, o movimento do fluido tende a ser uniforme ao longo do eixo de rotação", explica Kang. "Então, fomos motivados por essa ideia de que podemos reduzir um problema dinâmico 3D a um problema 2D porque o padrão do fluido não muda em 3D. Isso torna o problema centenas de vezes mais rápido e barato de simular e estudar."
Em gigantes gasosos, tempestades enormes se formam a partir de blocos menores de movimento - como a convecção - que vão crescendo progressivamente. Só que o tamanho final dessas estruturas é freado por diferentes limites: a profundidade das camadas atmosféricas, a força com que a atmosfera é “agitada” (um processo chamado de forçamento) e a velocidade com que a fricção dissipa energia.
Shi e Kang concluíram que a sequência em que esses limites são atingidos altera de maneira decisiva os padrões de vórtices que aparecem na superfície.
No caso de Júpiter, a atmosfera seria profunda e energética o bastante para permitir a formação de múltiplos vórtices. Porém, a turbulência que surge cedo impediria que eles se juntem e virem um único vórtice gigante. O resultado, na aparência, é um conjunto surpreendentemente geométrico de tempestades polares, como uma “pizza de pepperoni” feita de redemoinhos.
Em outras palavras, segundo o modelo, as camadas de Júpiter seriam menos estratificadas, o forçamento seria mais intenso devido ao calor irradiado do centro, e a energia não seria drenada tão rapidamente pela fricção. Somados, esses fatores mantêm na superfície a estrutura de tempestades separadas.
Já em Saturno, a atmosfera seria estratificada em camadas mais profundas. Ali, seja porque o forçamento mais fraco reduz a turbulência nas profundezas, seja porque mais energia se perde por fricção - ou ainda pela combinação dos dois - desaparece a barreira que impede os vórtices de se fundirem. Assim, as tempestades acabam “colidindo” e se unindo em uma só, enorme.
Pistas sobre o interior: a “maciez” da base do vórtice
Esse quadro também pode ser influenciado pela densidade da camada inferior onde o vórtice se forma. Não se trata de uma prova definitiva, mas os resultados sugerem que os desenhos das tempestades polares podem registrar pistas sobre o ambiente em que elas se originaram.
"O que vemos a partir da superfície, o padrão do fluido em Júpiter e Saturno, pode nos dizer algo sobre o interior, como o quão macia é a base", diz Shi.
"E isso é importante porque talvez, sob a superfície de Saturno, o interior seja mais enriquecido em metais e tenha mais material condensável, o que permite fornecer uma estratificação mais forte do que em Júpiter. Isso ampliaria nosso entendimento desses gigantes gasosos."
A pesquisa foi publicada nos Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos (PNAS).
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