Ciência cidadã revela informações sobre Júpiter

O trabalho colaborativo de astrônomos amadores e profissionais ajudou a resolver um antigo mal-entendido sobre a composição das nuvens de Júpiter. Em vez de serem formadas de gelo de amônia – a visão convencional – agora parece que elas provavelmente são compostas de hidrossulfeto de amônio misturado com poluição atmosférica. As descobertas foram publicadas no Journal of Geophysical Research – Planets . 

O aspeto visível de Júpiter e de Saturno reconstruído a partir de observações do VLT/MUSE de dia 23 de março de 2020 e 6 de abril de 2017, respetivamente. A coluna da esquerda mostra as cores reconstruídas quando não foi aplicada a correção gama, enquanto a coluna da direita mostra os aspetos com correção gama, que estão mais próximas do que o ser humano médio observa a olho nu através de um telescópio, mas têm um contraste reduzido e têm menos realce em termos de cor. Crédito: ESO

A nova descoberta foi desencadeada pelo astrônomo amador, Dr. Steven Hill, baseado no Colorado. Recentemente, ele demonstrou que a abundância de amônia e a pressão do topo das nuvens na atmosfera de Júpiter poderiam ser mapeadas usando telescópios disponíveis comercialmente e alguns filtros especialmente coloridos.

Notavelmente, esses resultados iniciais não apenas mostraram que a abundância de amônia na atmosfera de Júpiter poderia ser mapeada por astrônomos amadores, mas também mostraram que as nuvens residem muito profundamente na atmosfera quente de Júpiter para serem consistentes com as nuvens sendo gelo de amônia.

Neste novo estudo, o professor Patrick Irwin do Departamento de Física da Universidade de Oxford aplicou o método analítico do Dr. Steven Hill às observações de Júpiter feitas com o instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) no Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul no Chile. O MUSE usa o poder da espectroscopia, onde os gases de Júpiter criam impressões digitais reveladoras na luz visível em diferentes comprimentos de onda, para mapear a amônia e as alturas das nuvens na atmosfera do gigante gasoso.

Ao simular como a luz interage com os gases e nuvens em um modelo de computador, o Professor Irwin e sua equipe descobriram que as nuvens primárias de Júpiter — aquelas que podemos ver quando olhamos por telescópios de quintal — tinham que ser muito mais profundas do que se pensava anteriormente, em uma região de maior pressão e temperatura mais alta. Quente demais, na verdade, para a condensação de amônia. Em vez disso, essas nuvens têm que ser feitas de algo diferente: hidrossulfeto de amônio.

Análises anteriores das observações do MUSE sugeriram um resultado semelhante. No entanto, como essas análises foram feitas com métodos sofisticados e extremamente complexos que só podem ser conduzidos por alguns grupos ao redor do mundo, esse resultado foi difícil de corroborar.

Neste novo trabalho, a equipe de Irwin descobriu que o método do Dr. Hill de simplesmente comparar os brilhos em filtros coloridos estreitos e adjacentes deu resultados idênticos. E como esse novo método é muito mais rápido e muito simples, é muito mais fácil de verificar. Portanto, a equipe conclui que as nuvens de Júpiter realmente estão em pressões mais profundas do que as nuvens de amônia esperadas a 700 mb e, portanto, não podem ser compostas de gelo de amônia puro. 

O professor Irwin disse: 'Estou surpreso que um método tão simples seja capaz de sondar tão profundamente na atmosfera e demonstrar tão claramente que as nuvens principais não podem ser gelo de amônia puro! Esses resultados mostram que um amador inovador usando uma câmera moderna e filtros especiais pode abrir uma nova janela para a atmosfera de Júpiter e contribuir para a compreensão da natureza das nuvens há muito misteriosas de Júpiter e como a atmosfera circula.'

Dr. Steven Hill, que tem um PhD em Astrofísica pela Universidade do Colorado e trabalha com previsão do tempo espacial, disse: 'Eu sempre gosto de forçar minhas observações para ver quais medições físicas eu posso fazer com equipamento comercial modesto. A esperança é que eu possa encontrar novas maneiras para amadores fazerem contribuições úteis para o trabalho profissional. Mas eu certamente não esperava um resultado tão produtivo quanto este projeto tem sido!'

Os mapas de amônia resultantes dessa técnica analítica simples podem ser determinados a uma fração do custo computacional de métodos mais sofisticados. Isso significa que eles podem ser usados ​​por cientistas cidadãos para rastrear variações de amônia e pressão no topo das nuvens em características da atmosfera de Júpiter, incluindo as bandas de Júpiter, pequenas tempestades e grandes vórtices como a Grande Mancha Vermelha.

John Rogers, da Associação Astronômica Britânica, um dos coautores do estudo, acrescenta: "Uma vantagem especial dessa técnica é que ela pode ser usada frequentemente por amadores para relacionar mudanças climáticas visíveis em Júpiter a variações de amônia, que podem ser ingredientes importantes no clima."

Então por que a amônia não se condensa para formar uma nuvem espessa? A fotoquímica (reações químicas induzidas pela luz solar) é muito ativa na atmosfera de Júpiter e o professor Irwin e seus colegas sugerem que em regiões onde o ar úmido e rico em amônia é elevado para cima, a amônia é destruída e/ou misturada com produtos fotoquímicos mais rápido do que o gelo de amônia pode se formar. Assim, o principal convés de nuvens pode, na verdade, ser composto de hidrossulfeto de amônio misturado com produtos fotoquímicos e poluídos, que produzem as cores vermelha e marrom vistas nas imagens de Júpiter.

Em pequenas regiões, onde a convecção é especialmente forte, as correntes ascendentes podem ser rápidas o suficiente para formar gelo de amônia fresco, e tais regiões foram ocasionalmente vistas por naves espaciais como a Galileo da NASA e, mais recentemente, pela Juno da NASA, onde algumas pequenas nuvens brancas altas foram vistas, projetando suas sombras sobre o principal conjunto de nuvens abaixo.

O professor Irwin e sua equipe também aplicaram o método às observações do VLT/MUSE de Saturno e encontraram concordância semelhante nos mapas de amônia derivados com outros estudos, incluindo um determinado a partir de observações do Telescópio Espacial James Webb. Da mesma forma, eles descobriram que o nível principal de reflexão estava bem abaixo do nível esperado de condensação de amônia, sugerindo que processos fotoquímicos semelhantes estão ocorrendo na atmosfera de Saturno.

Physics.ox.ac.uk