Estudo de 40 anos encontra padrões misteriosos nas temperaturas em Júpiter

Baseado em parte em dados de gerações de missões da NASA, incluindo a Voyager e a Cassini da NASA, o trabalho poderia ajudar os cientistas a determinar como prever o tempo em Júpiter.

Essas imagens infravermelhas de Júpiter com cores adicionadas foram obtidas pelo Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul em 2016 e contribuíram para o novo estudo. As cores representam temperaturas e nebulosidade: as áreas mais azuis são frias e nubladas, e as áreas laranjas são mais quentes e livres de nuvens. Créditos: ESO / L.N. Fletcher 

Os cientistas concluíram o estudo mais longo de todos os tempos rastreando as temperaturas na troposfera superior de Júpiter, a camada da atmosfera onde o clima do planeta gigante ocorre e onde suas nuvens listradas coloridas se formam. O trabalho, realizado ao longo de quatro décadas costurando dados de naves espaciais da NASA e observações de telescópios terrestres, encontrou padrões inesperados em como as temperaturas dos cinturões e zonas de Júpiter mudam ao longo do tempo.

O estudo é um passo importante para uma melhor compreensão do que impulsiona o clima no maior planeta do nosso sistema solar e, eventualmente, ser capaz de prevê-lo.

A troposfera de Júpiter tem muito em comum com a da Terra: é onde as nuvens se formam e as tempestades se agitam. Para entender essa atividade climática, os cientistas precisam estudar certas propriedades, incluindo vento, pressão, umidade e temperatura.

Eles sabem desde as missões Pioneer 10 e 11 da NASA na década de 1970 que, em geral, as temperaturas mais frias estão associadas às bandas mais claras e brancas de Júpiter (conhecidas como zonas), enquanto as faixas marrom-avermelhadas mais escuras (conhecidas como cinturões) são locais de temperaturas mais quentes.

Mas não havia conjuntos de dados suficientes para entender como as temperaturas variam a longo prazo. A nova pesquisa, publicada em 19 de dezembro na Nature Astronomy, abre caminho ao estudar imagens do brilho infravermelho brilhante (invisível ao olho humano) que se eleva de regiões mais quentes da atmosfera, medindo diretamente as temperaturas de Júpiter acima das nuvens coloridas.

Os cientistas coletaram essas imagens em intervalos regulares ao longo de três das órbitas de Júpiter ao redor do Sol, cada uma das quais dura 12 anos terrestres.

No processo, eles descobriram que as temperaturas de Júpiter sobem e descem após períodos definidos que não estão ligados às estações ou a quaisquer outros ciclos que os cientistas conheçam. Como Júpiter tem estações fracas – o planeta está inclinado em seu eixo apenas 3 graus, em comparação com os 23,5 graus da Terra – os cientistas não esperavam encontrar temperaturas em Júpiter variando em ciclos tão regulares.

O estudo também revelou uma conexão misteriosa entre as mudanças de temperatura em regiões a milhares de quilômetros de distância: à medida que as temperaturas subiam em latitudes específicas no hemisfério norte, elas diminuíam nas mesmas latitudes no hemisfério sul – como uma imagem espelhada do outro lado do equador.

"Essa foi a mais surpreendente de todas", disse Glenn Orton, pesquisador sênior do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e principal autor do estudo. "Encontramos uma conexão entre como as temperaturas variavam em latitudes muito distantes. É semelhante a um fenômeno que vemos na Terra, onde os padrões climáticos e climáticos em uma região podem ter uma influência perceptível no clima em outros lugares, com os padrões de variabilidade aparentemente "teleconectados" através de vastas distâncias através da atmosfera.

O próximo desafio é descobrir o que causa essas mudanças cíclicas e aparentemente sincronizadas.

"Resolvemos uma parte do quebra-cabeça agora, que é que a atmosfera mostra esses ciclos naturais", disse o coautor Leigh Fletcher, da Universidade de Leicester, na Inglaterra. "Para entender o que está impulsionando esses padrões e por que eles ocorrem nessas escalas de tempo específicas, precisamos explorar acima e abaixo das camadas nubladas."

Uma possível explicação tornou-se aparente no equador: os autores do estudo descobriram que as variações de temperatura mais acima, na estratosfera, pareciam subir e descer em um padrão que é o oposto de como as temperaturas se comportam na troposfera, sugerindo que mudanças na estratosfera influenciam mudanças na troposfera e vice-versa.

Décadas de Observações

Orton e seus colegas começaram o estudo em 1978. Durante a duração de sua pesquisa, eles escreveriam propostas várias vezes por ano para ganhar tempo de observação em três grandes telescópios ao redor do mundo: o Very Large Telescope no Chile, bem como o Infrared Telescope Facility da NASA e o Subaru Telescope nos Maunakea Observatories no Havaí.

Durante as duas primeiras décadas do estudo, Orton e seus colegas de equipe se revezaram viajando para esses observatórios, reunindo as informações sobre as temperaturas que eventualmente lhes permitiriam conectar os pontos. (No início dos anos 2000, parte do trabalho do telescópio poderia ser feito remotamente.)

Então veio a parte difícil – combinar vários anos de observações de vários telescópios e instrumentos científicos para procurar padrões. Juntando-se a esses cientistas veteranos em seu estudo de longa duração estavam vários estagiários de graduação, nenhum dos quais havia nascido quando o estudo começou.

Eles são estudantes da Caltech em Pasadena, Califórnia; Cal Poly Pomona em Pomona, Califórnia; Universidade Estadual de Ohio em Columbus, Ohio; e Wellesley College, em Wellesley, Massachusetts.

Os cientistas esperam que o estudo os ajude a eventualmente ser capazes de prever o tempo em Júpiter, agora que eles têm uma compreensão mais detalhada dele. A pesquisa poderia contribuir para a modelagem climática, com simulações de computador dos ciclos de temperatura e como eles afetam o clima - não apenas para Júpiter, mas para todos os planetas gigantes em todo o nosso sistema solar e além.

"Medir essas mudanças de temperatura e períodos ao longo do tempo é um passo para finalmente ter uma previsão do tempo de Júpiter completa, se pudermos conectar causa e efeito na atmosfera de Júpiter", disse Fletcher. "E a questão ainda maior é se podemos algum dia estender isso a outros planetas gigantes para ver se padrões semelhantes aparecem."

Fonte: NASA