Por que os anéis de Júpiter são tão finos?

Por que o maior planeta do sistema solar tem anéis tão frágeis? Novas pesquisas mostram que as luas de Júpiter podem ser as culpadas.

A imagem infravermelha do Telescópio Espacial James Webb revela claramente o fino anel de Júpiter. (As luas Thebe, Europa, Metis e Adrastea, da esquerda para a direita, também são visíveis.) NASA / ESA / CSA / Judy Schmidt

A natureza deu ao maior planeta do sistema solar um conjunto anêmico de anéis. Os anéis de Saturno foram marcados como um dos esplendores do sistema solar desde a invenção do telescópio, mas ninguém notou que Júpiter tinha seu próprio conjunto muito menor até que a espaçonave Voyager 1 voou em 5 de março de 1979.  Por que os anéis de Saturno, que tem um terço da massa de Júpiter, ofuscam tanto os anéis fracos ao redor do planeta maior e mais massivo?

Pelo menos parte da resposta pode ser que as três luas mais internas de Júpiter atrapalharam. Um modelo de computador dos satélites galileanos mostra que a mesma ressonância gravitacional que mantém Io, Europa e Ganimedes em um passo orbital 4:2:1 também drena as órbitas equatoriais da poeira que poderia formar anéis.

"Sempre me perguntei por que Saturno tem esses anéis gloriosos", diz Stephen Kane (Universidade da Califórnia, Riverside). Para descobrir por que os anéis de Júpiter não se comparam, ele e seu aluno Zhexing Li (também da UCR) desenvolveram um modelo de computador para ver que efeito as quatro luas galileanas de Júpiter teriam em um anel de poeira espessa ao redor do planeta.

Este diagrama mostra os tamanhos relativos e as distâncias das luas de Júpiter e Saturno, respectivamente. As linhas tracejadas vermelhas marcam os limites de Roche dos planetas, dentro dos quais as forças gravitacionais das marés impedem a formação de luas ou separam qualquer uma que se aproxime demais. Kane & Li 2022

Os anéis são dinâmicos e sua forma e tamanho em um determinado momento dependem da massa do planeta que orbitam e da história das luas que o orbitam. Dentro de um ponto chamado limite de Roche , a gravidade do planeta domina, impedindo a formação de luas e destruindo quaisquer luas que se aproximem demais; anéis se formam lá em vez disso. Os anéis mais brilhantes de Saturno estão dentro do limite de Roche, assim como a maioria dos anéis de Júpiter.

Mas os anéis também podem se formar fora do limite de Roche, como acontece em torno de Saturno e Júpiter. Aqui é onde a atração gravitacional das luas desempenha um papel, afirma a equipe de Kane.

As órbitas das três grandes luas mais internas de Júpiter - Io, Europa e Ganimedes - estão travadas em uma forte ressonância periódica: Io orbita Júpiter quatro vezes e Europa orbita duas vezes toda vez que Ganimedes circunda o planeta uma vez. (A lua galileana mais externa, Calisto, ficou presa em uma ressonância diferente: está travada por maré, de modo que sempre está voltada para o mesmo lado de Júpiter enquanto orbita, assim como o mesmo lado da Lua da Terra sempre está voltado para o nosso planeta.) 

A concepção deste artista mostra como seria Júpiter se seus anéis fossem tão extensos quanto os de Saturno. Se Júpiter tivesse anéis como este, eles não teriam durado muito. Stephen Kane/UCR

O modelo de computador de Kane mostrou que a ressonância entre as luas internas limparia qualquer poeira do limite de Roche de Júpiter até 28 raios de Júpiter do topo das nuvens do planeta dentro de um milhão de anos. Apenas alguns cachos permaneceriam nessa região, alguns entre as órbitas de Ganimedes e Calisto e alguns perto da órbita de Calisto. Quando Kane e Li estenderam seu modelo para durar 10 milhões de anos, os cachos internos também desapareceram.

Ressonâncias orbitais com Ganimedes e Calisto limpariam o material além dos 29 raios de Júpiter - bem além da órbita de Calisto - dentro de dezenas de milhões de anos, relata a equipe no Planetary Science Journal .

Enquanto Kane observa que as luas têm pouco efeito dentro do limite de Roche, é possível que o campo magnético de Júpiter, não considerado no modelo, possa impedir que o material se acumule lá.

Para outro ponto de comparação, Kane quer estudar Urano. Embora não seja tão brilhante quanto os de Saturno, seus anéis foram os segundos a serem observados entre os planetas gigantes e são grossos o suficiente para ocultar estrelas distantes. Observadores podem usar essas ocultações para medir os anéis.

"Nós não entendemos a história dinâmica [de Urano]", observa Kane; isso porque está inclinado de lado, com seu equador perpendicular à sua órbita, talvez devido a uma colisão massiva há muito tempo. No entanto, estudar as luas e anéis de Urano pode ajudar a testar sua teoria. A pesquisa de exoplanetas em busca de anéis poderia oferecer um teste mais definitivo, mas apenas com imagens diretas, que estão além da tecnologia atual para todos, exceto os alvos em potencial mais próximos.

Fonte: skyandtelescope.org