Hubble encontra anéis de Saturno aquecendo sua atmosfera

O segredo está escondido à vista de todos há 40 anos. Mas foi necessária a percepção de um astrônomo veterano para reunir tudo em um ano, usando observações de Saturno do Telescópio Espacial Hubble da NASA e da sonda Cassini aposentada, além das espaçonaves Voyager 1 e 2 e da missão aposentada International Ultraviolet Explorer.

Esta imagem composta mostra a protuberância Lyman-alpha de Saturno, uma emissão de hidrogênio que é um excesso persistente e inesperado detectado por três missões distintas da NASA, a saber, Voyager 1, Cassini e o Telescópio Espacial Hubble entre 1980 e 2017. Um Hubble quase ultravioleta A imagem, obtida em 2017 durante o verão de Saturno no hemisfério norte, é usada como referência para esboçar a emissão Lyman-alfa do planeta. Os anéis parecem muito mais escuros do que o corpo do planeta porque refletem muito menos a luz ultravioleta. Acima dos anéis e da região equatorial escura, a protuberância Lyman-alpha aparece como uma faixa latitudinal estendida (30 graus) que é 30% mais brilhante que as regiões circundantes. 

Uma pequena fração do hemisfério sul aparece entre os anéis e a região equatorial, mas é mais escura que o hemisfério norte. Ao norte da região do bojo (parte superior direita da imagem), o brilho do disco diminui gradualmente em relação à latitude em direção à brilhante região da aurora que é mostrada aqui para referência (não em escala). Uma mancha escura dentro da região da aurora representa a pegada do eixo de rotação do planeta. Acredita-se que as partículas de anéis de gelo que chovem na atmosfera em latitudes específicas e efeitos sazonais causam um aquecimento atmosférico que faz com que o hidrogênio da atmosfera superior reflita mais luz solar Lyman-alpha na região do bojo. Esta interação inesperada entre os anéis e a atmosfera superior é agora investigada em profundidade para definir novas ferramentas de diagnóstico para estimar se exoplanetas distantes possuem sistemas de anéis semelhantes a Saturno. Crédito: NASA, ESA, Lotfi Ben-Jaffel (IAP e LPL) 

A descoberta: o vasto sistema de anéis de Saturno está aquecendo a atmosfera superior do planeta gigante. O fenômeno nunca antes foi visto no sistema solar. É uma interação inesperada entre Saturno e seus anéis que potencialmente poderia fornecer uma ferramenta para prever se os planetas ao redor de outras estrelas também têm gloriosos sistemas de anéis semelhantes a Saturno.

A evidência reveladora é um excesso de radiação ultravioleta, visto como uma linha espectral de hidrogênio quente na atmosfera de Saturno. O aumento na radiação significa que algo está contaminando e aquecendo a atmosfera superior do lado de fora.

A explicação mais plausível é que as partículas do anel de gelo que caem na atmosfera de Saturno causam esse aquecimento. Isso pode ser devido ao impacto de micrometeoritos, bombardeio de partículas do vento solar, radiação solar ultravioleta ou forças eletromagnéticas captando poeira eletricamente carregada.

Tudo isso acontece sob a influência do campo gravitacional de Saturno puxando partículas para o planeta. Quando a sonda Cassini da NASA mergulhou na atmosfera de Saturno no final de sua missão em 2017, mediu os constituintes atmosféricos e confirmou que muitas partículas estão caindo dos anéis.

“Embora a lenta desintegração dos anéis seja bem conhecida, sua influência no hidrogênio atômico do planeta é uma surpresa. Pela sonda Cassini, já sabíamos sobre a influência dos anéis. No entanto, não sabíamos nada sobre o conteúdo de hidrogênio atômico, ” disse Lotfi Ben-Jaffel, do Instituto de Astrofísica de Paris e do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, autor de um artigo publicado em 30 de março no Planetary Science Journal.

“Tudo é impulsionado por partículas de anel que caem em cascata na atmosfera em latitudes específicas. Elas modificam a atmosfera superior, mudando a composição”, disse Ben-Jaffel. “E então você também tem processos de colisão com gases atmosféricos que provavelmente estão aquecendo a atmosfera em uma altitude específica.”

A conclusão de Ben-Jaffel exigia reunir observações arquivadas de luz ultravioleta (UV) de quatro missões espaciais que estudaram Saturno. Isso inclui observações das duas sondas Voyager da NASA que voaram por Saturno na década de 1980 e mediram o excesso de UV. Na época, os astrônomos descartaram as medições como ruído nos detectores.

A missão Cassini, que chegou a Saturno em 2004, também coletou dados UV na atmosfera (ao longo de vários anos). Dados adicionais vieram do Hubble e do International Ultraviolet Explorer, lançado em 1978, e foi uma colaboração internacional entre a NASA, a ESA (Agência Espacial Européia) e o Conselho de Pesquisa em Ciência e Engenharia do Reino Unido. 

Mas a questão persistente era se todos os dados poderiam ser ilusórios ou, em vez disso, refletir um fenômeno verdadeiro em Saturno.

A chave para montar o quebra-cabeça veio da decisão de Ben-Jaffel de usar medições do Espectrógrafo de Imagem do Telescópio Espacial Hubble (STIS). Suas observações de precisão de Saturno foram usadas para calibrar os dados UV de arquivo de todas as outras quatro missões espaciais que observaram Saturno. Ele comparou as observações do STIS UV de Saturno com a distribuição de luz de múltiplas missões e instrumentos espaciais.

“Quando tudo foi calibrado, vimos claramente que os espectros são consistentes em todas as missões. Isso foi possível porque temos o mesmo ponto de referência, do Hubble, sobre a taxa de transferência de energia da atmosfera medida ao longo de décadas”, Ben -Disse Jaffel. “Foi realmente uma surpresa para mim. Acabei de plotar os diferentes dados de distribuição de luz juntos e então percebi, uau – é a mesma coisa.”

Quatro décadas de dados UV cobrem vários ciclos solares e ajudam os astrônomos a estudar os efeitos sazonais do sol em Saturno. Ao reunir todos os diversos dados e calibrá-los, Ben-Jaffel descobriu que não há diferença no nível de radiação UV. “A qualquer momento, em qualquer posição do planeta, podemos seguir o nível de radiação ultravioleta”, disse ele. Isso aponta para a constante “chuva de gelo” dos anéis de Saturno como a melhor explicação.

“Estamos apenas no início deste efeito de caracterização de anel na atmosfera superior de um planeta. Eventualmente, queremos ter uma abordagem global que produza uma assinatura real sobre as atmosferas de mundos distantes. Um dos objetivos deste estudo é veja como podemos aplicá-lo a planetas que orbitam outras estrelas. Chame isso de busca por ‘exo-anéis’.”

Fonte: phys.org