Hubble rastreia o ciclo de vida das tempestades em Netuno

Esta é uma composição que mostra imagens de tempestades em Neptuno pelo Telescópio Espacial Hubble (esquerda) e pela sonda Voyager 2 (direita). A imagem do Hubble, pela câmara WFC3 (Wide Field Camera 3), obtida em setembro e novembro de 2018, mostra uma nova tempestade escura (topo, centro). Na imagem da Voyager, uma tempestade conhecida como Grande Mancha Escura pode ser vista no centro. Tem mais ou menos 13000 por 6000 km em tamanho - tão grande, no seu eixo maior, quanto a Terra. As nuvens brancas vistas a pairar na vizinhança das tempestades estão a maiores altitudes do que o material escuro.Crédito: NASA/ESA/GSFC/JPL

Em 1989, a sonda Voyager 2 da NASA passou por Neptuno - o seu alvo planetário final antes de chegar aos confins do Sistema Solar. Foi a primeira vez que uma nave visitou este mundo remoto. À medida que a sonda por lá passava, tirou fotos de duas tempestades gigantes no hemisfério sul de Neptuno. Os cientistas apelidaram as tempestades de "Grande Mancha Escura" e "Mancha Escura 2". 

Apenas cinco anos depois, em 1994, o Telescópio Espacial Hubble da NASA obteve imagens nítidas de Neptuno à distância da Terra de 4,3 mil milhões de quilómetros. Os cientistas estavam ansiosos por observar as tempestades novamente. Em vez disso, as fotografias do Hubble revelaram que tanto a Grande Mancha Escura, do tamanho da Terra, quanto a Mancha Escura 2, tinham desaparecido.

"Foi certamente uma surpresa," recorda-se Amy Simon, cientista planetária do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. "Estávamos habituados a olhar para a Grande Mancha Vermelha de Júpiter, que presumivelmente está por lá há quase dois séculos." Os cientistas planetários imediatamente começaram a construir simulações de computador para entender o misterioso desaparecimento da Grande Mancha Escura.

Agora parte do projeto OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy), Simon e seus colegas estão a começar a responder a estas perguntas. Graças às imagens captadas pelo Hubble, a equipa não só testemunhou pela primeira vez a formação de uma tempestade, como desenvolveu restrições que determinam a frequência e duração dos sistemas de tempestades.

O nascimento de uma tempestade

Em 2015, a equipa OPAL começou uma missão anual para analisar imagens de Neptuno capturadas pelo Hubble e detetou uma pequena mancha escura no hemisfério sul. Todos os anos, desde então, Simon e colegas observaram o planeta e monitorizaram a tempestade enquanto se dissipava. Em 2018, surgiu uma nova mancha escura, pairando a 23 graus de latitude norte.

"Estávamos tão ocupados a rastrear esta tempestade pequena de 2015, que não estávamos necessariamente à espera de ver outra grande tão cedo," comenta Simon acerca da tempestade, parecida em tamanho à Grande Mancha Escura. "Foi uma surpresa agradável. De cada vez que obtemos novas imagens do Hubble, algo é diferente do que esperávamos."

Além disso, o nascimento da tempestade foi capturado "em direto". Ao analisarem imagens de Neptuno, pelo Hubble, obtidas de 2015 a 2017, a os cientistas descobriram várias pequenas nuvens brancas formadas na região onde a mancha escura mais recente apareceria mais tarde. Publicaram os seus achados na edição de 25 de março da revista Geophysical Research Letters.

As nuvens de alta altitude são feitas de cristais de metano gelado, que lhes conferem a sua característica aparência branca e brilhante. Pensa-se que estas nuvens companheiras pairem acima das tempestades, análogas ao modo como as nuvens lenticulares cobrem montanhas altas na Terra. A sua presença, anos antes de uma nova tempestade ser avistada, sugere que as manchas escuras podem ter uma origem muito mais profunda na atmosfera do que se pensava anteriormente.

"Da mesma forma que um satélite terrestre observaria a meteorologia da Terra, observamos a meteorologia em Neptuno," comenta Glenn Orton, cientista planetário no JPL da NASA em Pasadena, Califórnia, também do projeto OPAL. Assim como os furacões são seguidos na Terra, as imagens do Hubble revelaram o caminho sinuoso da mancha escura. Ao longo de um período de quase 20 horas, a tempestade moveu-se para oeste, deslocando-se um pouco mais devagar do que os ventos de alta velocidade de Neptuno.

Mas estas tempestades neptunianas são diferentes dos ciclones que vemos na Terra ou em Júpiter. Assim como os padrões de vento que as impulsionam. Parecidas aos trilhos que impedem que as bolas de bowling entrem nas calhas, bandas finas de correntes ventosas em Júpiter mantêm a Grande Mancha Vermelha num caminho definido. 

Em Neptuno, as correntes de vento operam em bandas muito mais amplas em redor do planeta, permitindo que tempestades como a Grande Mancha Escura vagueiem lentamente pelas latitudes. As tempestades normalmente pairam entre os jatos de ventos equatoriais oeste e as correntes que sopram para leste nas latitudes mais altas antes que os fortes ventos as separem.

São necessárias ainda mais observações. "Queremos ser capazes de estudar como os ventos estão a mudar com o tempo," diz Simon.

Tempo médio de vida?

Simon também faz parte de uma equipa de cientistas liderados pelo estudante Andrew Hsu, da Universidade da Califórnia em Berkeley, que identificou quanto tempo estas tempestades duram e com que frequência ocorrem.

Eles suspeitam que as novas tempestades surgem em Neptuno a cada quatro a seis anos. Cada tempestade pode durar até seis anos, embora a expetativa de vida de dois anos seja mais provável, de acordo com resultados publicados dia 25 de março na revista The Astronomical Journal.

Foram descobertos um total de seis sistemas de tempestades desde que os cientistas se voltaram para Neptuno. A Voyager 2 identificou duas tempestades em 1989. Desde que o Hubble foi lançado em 1990, viu mais quatro destas tempestades.

Além de analisar os dados recolhidos pelo Hubble e pela Voyager 2, a equipa realizou simulações de computador que mapearam um total de 8000 manchas escuras girando pelo planeta gelado. Quando combinadas com 256 imagens de arquivo, estas simulações revelaram que o Hubble provavelmente teria detetado aproximadamente 70% das tempestades simuladas que ocorreram ao longo de um ano e cerca de 85% a 95% das tempestades com uma vida útil de dois anos.

Ainda pairam perguntas

As condições em Neptuno ainda são em grande parte um mistério. Os cientistas planetários esperam estudar em breve as mudanças na forma do vórtice e a velocidade do vento das tempestades. "Nós nunca medimos diretamente os ventos dentro dos vórtices escuros de Neptuno, mas estimamos que as velocidades do vento estão próximas dos 100 metros por segundo, bastante parecidas às velocidades do vento dentro da Grande Mancha Vermelha de Júpiter," diz Michael Wong, cientista planetário da Universidade da Califórnia em Berkeley. Ele realça que observações mais frequentes, usando o Telescópio Espacial Hubble, ajudarão a pintar uma imagem mais clara de como os sistemas de tempestades em Neptuno evoluem.

Simon diz que as descobertas em Neptuno terão implicações para aqueles que estudam exoplanetas, na nossa Galáxia, de tamanho idêntico aos gigantes de gelo. "Se estudarmos os exoplanetas e quisermos entender como funcionam, precisamos realmente de entender primeiro os nossos planetas," acrescenta Simon. "Temos muito pouca informação sobre Úrano e Neptuno."

Todos concordam que estes achados recentes estimulam o desejo de seguir com mais detalhe o nosso mais distante gigante planetário. "Quanto mais sabemos, mais nos apercebemos do que não sabemos," conclui Orton.

Fonte: Astronomia OnLine