Estudo de 20 anos do Hubble sobre Urano produz novos insights atmosféricos

O planeta gigante de gelo Urano, que viaja ao redor do Sol inclinado para o lado, é um mundo estranho e misterioso. Agora, em um estudo sem precedentes que abrange duas décadas, pesquisadores usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriram novos insights sobre a composição atmosférica e a dinâmica do planeta. Isso só foi possível por causa da resolução nítida, das capacidades espectrais e da longevidade do Hubble.

As mudanças na atmosfera de Úrano ao longo do período de 20 anos de acompanhamento com o instrumento STIS do Hubble. Os investigadores observaram as estações do ano de Úrano, à medida que a região polar sul escurecia, entrando na sombra do inverno, ao passo que a região polar norte se iluminava com a aproximação do verão. Crédito: NASA, ESA, Erich Karkoschka (Universidade do Arizona) 

Os resultados da equipe ajudarão os astrônomos a entender melhor como a atmosfera de Urano funciona e responde à mudança da luz solar. Essas observações de longo prazo fornecem dados valiosos para entender a dinâmica atmosférica desse gigante de gelo distante, que pode servir como um proxy para estudar exoplanetas de tamanho e composição semelhantes.

Quando a Voyager 2 passou por Urano em 1986, ela forneceu um instantâneo de perto do planeta lateral. O que viu parecia uma bola de bilhar verde-azulada sem graça. Em comparação, o Hubble registrou uma história de 20 anos de mudanças sazonais de 2002 a 2022. Durante esse período, uma equipe liderada por Erich Karkoschka da Universidade do Arizona, e Larry Sromovsky e Pat Fry da Universidade de Wisconsin usaram o mesmo instrumento do Hubble, STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), para pintar um quadro preciso da estrutura atmosférica de Urano.

A atmosfera de Urano é composta principalmente de hidrogênio e hélio, com uma pequena quantidade de metano e traços de água e amônia. O metano dá a Urano sua cor ciano ao absorver os comprimentos de onda vermelhos da luz solar.

A equipe do Hubble observou Urano quatro vezes no período de 20 anos: em 2002, 2012, 2015 e 2022. Eles descobriram que, diferentemente das condições nos gigantes gasosos Saturno e Júpiter, o metano não é distribuído uniformemente por Urano. Em vez disso, ele é fortemente esgotado perto dos polos. Esse esgotamento permaneceu relativamente constante ao longo das duas décadas. No entanto, a estrutura do aerossol e da neblina mudou drasticamente, clareando significativamente na região polar norte à medida que o planeta se aproxima do solstício de verão do norte em 2030.

Urano leva um pouco mais de 84 anos terrestres para completar uma única órbita do Sol. Então, ao longo de duas décadas, a equipe do Hubble viu apenas a primavera do norte, enquanto o Sol se move de brilhar diretamente sobre o equador de Urano para brilhar quase diretamente sobre seu polo norte em 2030. As observações do Hubble sugerem padrões complexos de circulação atmosférica em Urano durante esse período. Os dados mais sensíveis à distribuição de metano indicam uma ascensão descendente nas regiões polares e ascensão em outras regiões.

A equipe analisou seus resultados de várias maneiras. As colunas de imagens mostram a mudança de Urano durante os quatro anos em que o STIS observou Urano em um período de 20 anos. Durante esse período, os pesquisadores observaram as estações de Urano enquanto a região polar sul (esquerda) escurecia indo para a sombra do inverno, enquanto a região polar norte (direita) clareava conforme começava a ter uma visão mais direta conforme o verão do norte se aproximava.

A linha superior, em luz visível, mostra como a cor de Urano aparece ao olho humano, vista até mesmo por um telescópio amador.

Na segunda linha, a imagem em cores falsas do planeta é montada a partir de observações de luz visível e infravermelha próxima. A cor e o brilho correspondem às quantidades de metano e aerossóis. Ambas as quantidades não podiam ser distinguidas antes que o STIS do Hubble fosse apontado pela primeira vez para Urano em 2002. Geralmente, as áreas verdes indicam menos metano do que as áreas azuis, e as áreas vermelhas não mostram metano. As áreas vermelhas estão no limbo, onde a estratosfera de Urano é quase completamente desprovida de metano.

As duas linhas inferiores mostram a estrutura de latitude dos aerossóis e do metano inferidos de 1.000 comprimentos de onda diferentes (cores) do visível ao infravermelho próximo. Na terceira linha, as áreas brilhantes indicam condições mais nubladas, enquanto as áreas escuras representam condições mais claras. Na quarta linha, as áreas brilhantes indicam metano esgotado, enquanto as áreas escuras mostram a quantidade total de metano.

Em latitudes médias e baixas, aerossóis e depleção de metano têm sua própria estrutura latitudinal que, em sua maioria, não mudou muito ao longo das duas décadas de observação. No entanto, nas regiões polares, aerossóis e depleção de metano se comportam de forma muito diferente.

Na terceira linha, os aerossóis perto do polo norte exibem um aumento dramático, aparecendo muito escuros durante o início da primavera do norte, tornando-se muito brilhantes nos últimos anos. Os aerossóis também parecem desaparecer no limbo esquerdo conforme a radiação solar desapareceu. Esta é uma evidência de que a radiação solar altera a névoa de aerossóis na atmosfera de Urano. Por outro lado, a depleção de metano parece permanecer bastante alta em ambas as regiões polares durante todo o período de observação.

Os astrônomos continuarão observando Urano enquanto o planeta se aproxima do verão setentrional.

Hubblesite.org