O que ondas de rádio ecoantes nos ensinaram sobre Vênus

 Uma técnica revolucionária revelou novos detalhes sobre nosso planeta irmão sem a necessidade de uma nova sonda espacial.

Vênus está envolto em uma atmosfera densa que torna o estudo de sua superfície um desafio. Felizmente, astrônomos engenhosos encontraram uma maneira de perscrutar sob as nuvens para estudar o planeta abaixo.

Vênus é freqüentemente chamado de planeta irmão da Terra. No entanto, apesar das semelhanças em tamanho e composição, este mundo próximo é infernal, ao contrário dos climas paradisíacos da Terra. Envolto por nuvens de ácido sulfúrico que escondem uma superfície com temperaturas que podem chegar a 880 graus Fahrenheit (471 graus Celsius), mesmo seis décadas de exploração robótica bem-sucedida deixaram muitos enigmas venusianos sem resposta. 

Agora isso mudou. Em um artigo publicado em 29 de abril emNature Astronomy , Jean-Luc Margot, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, e sua equipe descrevem como usaram uma maneira inteligente de analisar ondas de rádio para localizar várias das propriedades mais básicas de Vênus. E levaram apenas 15 anos. 

Usando a técnica revolucionária, a equipe de Margot mediu a inclinação axial de Vênus (a diferença entre o eixo de rotação do planeta e uma linha perpendicular ao seu plano orbital), a duração do dia, o momento de inércia (um fator que afeta como o planeta gira, com base em como sua interior é estruturado) e tamanho do núcleo. Estimativas anteriores dessas propriedades têm incertezas significativas ou variaram de uma medição para outra. 

Essas incertezas têm consequências no mundo real: por exemplo, as ambigüidades atuais significam que a posição de um determinado local em Vênus pode estar errada em até 20 milhas (30 quilômetros) após três décadas. Esse não é o tipo de erro que se deseja ao tentar colocar uma sonda na superfície. 

Gire como uma bola de discoteca

A jornada de Margot começou em 2001, quando ele recebeu um memorando de um colega sobre uma técnica de radiotelescópio discutida pela primeira vez no início dos anos 1960, ele disse à Astronomy . Depois de concluir que a ideia era boa, diz ele, “valeu a pena descobrir a implementação prática”. 

Margot chama a técnica de rastreamento de manchas por radar. Imagine uma bola de discoteca girando com um holofote brilhando sobre ela. Qualquer luz refletida parece pontilhada, com cada superfície da bola refletindo a luz em um ângulo ligeiramente diferente. Agora imagine que Vênus, com sua superfície irregular rotativa, é a bola de discoteca. Uma antena de radiotelescópio na Terra é o centro das atenções, enviando uma poderosa explosão de ondas de rádio. E o eco que volta parece salpicado porque a superfície de Vênus não é perfeitamente lisa. 

Esta visão global gerada por computador da superfície de Vênus vem de dados obtidos pela espaçonave Magellan. Como a superfície do planeta não é completamente lisa, cada região reflete a luz de maneira diferente.

Para obter as medições mais precisas, a equipe precisava receber ecos em dois locais amplamente espaçados. A diferença de tempo entre o momento em que uma antena vê o eco e a outra está relacionada à velocidade de rotação de Vênus. E a quantidade pela qual os sinais parecem idênticos ou diferentes entre os dois locais está relacionada à inclinação de Vênus. Ambos os receptores devem registrar o eco para que a observação funcione. A equipe de Margot usou a antena de rádio de 70 metros da NASA em seu Goldstone Deep Space Communications Complex na Califórnia e o radiotelescópio Green Bank de 100 metros em West Virginia, a mais de 1.860 milhas (3.000 km) de distância. 

Eles primeiro usaram a técnica em Mercúrio - um projeto de pesquisa planejado que já havia sido aprovado para financiamento. Funcionou perfeitamente, diz Margot. Eles mediram o período de rotação do planeta com uma precisão de 0,001 por cento. A equipe também determinou que o núcleo externo do planeta está derretido, o que não era conhecido anteriormente. 

Obter as medições mais precisas exigia observação por um longo período de tempo. As observações do Mercúrio demoraram cerca de 10 anos. Por que Vênus levou 15? Duas razões principais foram a minúscula inclinação axial de Vênus e a precessão do planeta (o movimento do eixo de rotação de Vênus ao longo do tempo, da mesma forma que um pião oscila). “O movimento de precessão da Terra e de Vênus é quase o mesmo”, diz Margot. “O que é diferente é que a Terra tem uma inclinação [axial] substancial” - 23,4 ° - “então [seu pólo] traça este grande cone no céu.” Em comparação, a inclinação axial de Vênus é de cerca de 2,7 °. “Isso significa um pequeno cone no céu e um movimento do pólo de apenas 2" por ano. ” Isso requer muitos anos de observação para medir uma mudança significativa. 

Por causa da pequena inclinação de Vênus, a precessão - ou oscilação - de seu pólo é pequena e requer precisão e paciência para medir. Cortesia de Jean-Luc Margot

Além de tudo isso, o tempo de observação com a antena Goldstone era muito limitado. A antena faz parte da Deep Space Network usada para se comunicar com várias sondas espaciais. Freqüentemente, o horário programado da equipe com o prato era cancelado no lugar de uma solicitação de prioridade mais alta para a instalação. 

A recompensa

A equipe começou a observar Vênus em 2006. Originalmente, eles solicitaram 121 sessões de observação separadas e, no final, obtiveram cerca de 50. Em 2020, eles conseguiram fazer 21 observações que produziram dados utilizáveis. “É uma medição desafiadora e requer alta precisão e paciência”, reafirma Margot com um sorriso. 

Os resultados de sua paciência e precisão são notáveis. A equipe descobriu que o dia médio em Vênus (entre 2006 e 2020) era de 243,0226 dias terrestres. Além do mais, o dia venusiano varia em duração em até 20 minutos. Margot acha que isso é causado em parte pela atmosfera extremamente densa de Vênus, que, ao contrário da superfície sólida abaixo, tem um período de rotação de apenas quatro dias. Conforme a atmosfera “balança” acima de Vênus, ela transfere algum momento angular para o próprio planeta. 

A equipe também descobriu que o eixo de Vênus é inclinado em 2,6392 °, um aumento de dez vezes na precisão em relação às estimativas anteriores. A taxa de precessão - quão rápido o pólo de Vênus oscila - é de 44,58 "por ano, o que significa que o pólo desenha um círculo completo no céu a cada 29.000 anos. Uma taxa de precessão mais precisa deu à equipe uma medida do momento de inércia do planeta, que por sua vez, deu uma estimativa aproximada do tamanho do núcleo de Vênus, que era anteriormente desconhecido. A equipe de Margot descobriu que tem cerca de 2.175 milhas (3.500 km) de diâmetro - quase o mesmo tamanho da Terra. 

Mas as semelhanças param por aí? O núcleo do nosso planeta tem uma camada externa derretida e um centro sólido, mas e o núcleo de Vênus? Nesse ponto, diz Margot, não podemos ter certeza. Modelos recentes de computador sugerem que ele pode ser sólido ou fundido, ou talvez sólido no centro com uma região externa fundida, como a da Terra. Margot acha que provavelmente é inteiramente líquido, mas adoraria dados adicionais de observações contínuas de manchas para confirmá-lo. Alternativamente, diz ele, a evidência de observação direta do tamanho do núcleo poderia vir do rastreamento do movimento de um orbitador ao redor de Vênus e da medição das deformações de maré induzidas no planeta pelo sol. “A melhor maneira definitiva [de aprender sobre o núcleo] é ter sismômetros na superfície; mas isso não vai acontecer logo ”, acrescenta, por causa das condições infernais do planeta. 

Trabalhando em casa

Enquanto eles continuam seu trabalho em Vênus, a equipe de Margot também está usando o rastreamento de manchas por radar nas luas de Júpiter, Europa e Ganimedes. Os astrônomos acreditam fortemente que Europa tem um oceano global sob sua superfície gelada e Ganimedes provavelmente também. Mas usar essa técnica para observar essas luas é muito mais desafiador do que Mercúrio ou Vênus por causa da distância envolvida, então os ecos de radar recebidos nessa vasta distância são milhares de vezes mais fracos. Os primeiros resultados da equipe, porém, já sugerem que Europa “tem uma camada externa que é desacoplada do interior do corpo”, diz Margot, confirmando que realmente tem um oceano global abaixo da superfície. 

Nós nos acostumamos com as notáveis ​​descobertas feitas por sondas espaciais robóticas circulando ou mesmo dirigindo em nossos vizinhos celestiais. E porque não? Mas Margot e sua equipe nos lembram que um novo conhecimento igualmente surpreendente do cosmos, incluindo nosso planeta irmão, está sendo adquirido aqui mesmo na Terra.

Fonte: Astronomy.com