Luas de Urano surpreendem cientistas em estudo do Hubble da NASA

Cientistas usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA foram em busca de evidências de um fenômeno e encontraram outro bem diferente.

As cinco maiores luas de Úrano - por vezes chamadas de "luas clássicas" - aparecem numa linha irregular, aproximadamente diagonal, de cima à direita para baixo à esquerda. São designadas Titânia, Oberon, Umbriel, Miranda e Ariel. Também é visível a sombra de Ariel, que está sobreposta a Úrano. Anéis ténues e fantasmagóricos, semelhantes aos de Saturno, rodeiam o gigante gelado azul. Crédito: ciência - NASA, ESA, STScI, Christian Soto (STScI); processamento - Joseph DePasquale (STScI) 

A equipe de pesquisa estudou as quatro maiores luas do gigante gelado Urano, o sétimo planeta a partir do nosso Sol, em busca de sinais de interações entre a magnetosfera de Urano e as superfícies das luas. (A magnetosfera é uma região ao redor de um corpo celeste onde partículas com carga elétrica são afetadas pelo campo magnético do objeto astronômico.)

Em particular, a equipe previu que, com base nas interações com a magnetosfera de Urano, os lados "dianteiros" dessas luas com movimento de maré, que sempre estão voltados para a mesma direção em que orbitam o planeta, seriam mais brilhantes do que os lados "posteriores", sempre voltados para o outro lado. Isso se deve ao escurecimento por radiação dos lados posteriores por partículas carregadas, como elétrons, aprisionados na magnetosfera de Urano.

Em vez disso, eles não encontraram evidências de escurecimento nos lados posteriores das luas, e sim evidências claras de escurecimento nos lados anteriores das luas externas. Isso surpreendeu a equipe e indica que a magnetosfera de Urano pode não interagir muito com suas grandes luas, contradizendo os dados existentes coletados em comprimentos de onda do infravermelho próximo.

A nítida visão ultravioleta e as capacidades espectroscópicas do Hubble foram essenciais para permitir que a equipe investigasse as condições da superfície dessas luas e descobrisse a descoberta surpreendente.

O complexo ambiente magnético do "estranho" Urano

As quatro luas deste estudo — Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon — estão sincronizadas com Urano, de modo que sempre mostram o mesmo lado para o planeta. O lado da lua voltado para a direção da viagem é chamado de hemisfério dianteiro, enquanto o lado voltado para trás é chamado de hemisfério traseiro. A ideia era que partículas carregadas presas ao longo das linhas do campo magnético atingissem principalmente o lado traseiro de cada lua, o que escureceria esse hemisfério.

“Urano é estranho, então sempre foi incerto o quanto o campo magnético realmente interage com seus satélites”, explicou o pesquisador principal Richard Cartwright, do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. “Para começar, ele é inclinado em 98 graus em relação à eclíptica .”

Isso significa que Urano está drasticamente inclinado em relação ao plano orbital dos planetas. Ele gira muito lentamente ao redor do Sol de lado enquanto completa sua órbita de 84 anos terrestres.

"No momento do sobrevoo da Voyager 2, a magnetosfera de Urano estava inclinada em cerca de 59 graus em relação ao plano orbital dos satélites. Portanto, há uma inclinação adicional no campo magnético", explicou Cartwright.

Como Urano e suas linhas de campo magnético giram mais rápido do que suas luas orbitam o planeta, as linhas de campo magnético passam constantemente por elas. Se a magnetosfera de Urano interagir com suas luas, partículas carregadas devem atingir preferencialmente a superfície dos lados posteriores.

Essas partículas carregadas, assim como os raios cósmicos da nossa galáxia, devem escurecer os hemisférios posteriores de Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon e possivelmente gerar o dióxido de carbono detectado nessas luas. A equipe esperava que, especialmente para as luas internas Ariel e Umbriel, os hemisférios posteriores seriam mais escuros do que os hemisférios anteriores nos comprimentos de onda ultravioleta e visível. 

Mas não foi isso que eles encontraram. Em vez disso, os hemisférios anterior e posterior de Ariel e Umbriel são, na verdade, muito semelhantes em brilho. No entanto, os pesquisadores observaram uma diferença entre os hemisférios das duas luas externas, Titânia e Oberon — não as luas que esperavam.

Como insetos no para-brisa

Ainda mais estranho, a diferença de brilho foi o oposto do que eles esperavam. As duas luas externas têm hemisférios dianteiros mais escuros e avermelhados em comparação com seus hemisférios traseiros. A equipe acredita que poeira de alguns dos satélites irregulares de Urano esteja cobrindo os lados dianteiros de Titânia e Oberon.

Satélites irregulares são corpos naturais que possuem órbitas grandes, excêntricas e inclinadas em relação ao plano equatorial de seu planeta. Micrometeoritos atingem constantemente as superfícies dos satélites irregulares de Urano, ejetando pequenos fragmentos de material para a órbita do planeta.

Ao longo de milhões de anos, esse material empoeirado se move em direção a Urano e eventualmente cruza as órbitas de Titânia e Oberon. Essas luas externas varrem a poeira e a coletam principalmente em seus hemisférios frontais, que estão voltados para a frente. É como se insetos batessem no para-brisa do seu carro enquanto você dirige em uma rodovia.

Esse material faz com que Titânia e Oberon tenham hemisférios frontais mais escuros e avermelhados. Essas luas externas protegem efetivamente as luas internas Ariel e Umbriel da poeira, razão pela qual os hemisférios das luas internas não apresentam diferença de brilho.

“Vemos a mesma coisa acontecendo no sistema de Saturno e provavelmente também no sistema de Júpiter”, disse o coinvestigador Bryan Holler, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial. “Esta é uma das primeiras evidências que observamos de uma troca de material semelhante entre os satélites de Urano.”

"Então isso corrobora uma explicação diferente", disse Cartwright. "Isso é acúmulo de poeira. Eu nem esperava entrar nessa hipótese, mas, sabe, os dados sempre surpreendem."

Com base nessas descobertas, Cartwright e sua equipe suspeitam que a magnetosfera de Urano pode estar bastante quiescente, ou pode ser mais complexa do que se pensava anteriormente. Talvez as interações entre as luas de Urano e a magnetosfera estejam acontecendo, mas, por algum motivo, não estejam causando assimetria nos hemisférios anterior e posterior, como os pesquisadores suspeitavam. A resposta exigirá mais investigações sobre o enigmático Urano, sua magnetosfera e suas luas.

Visão ultravioleta única do Hubble

Para observar o brilho das quatro maiores luas de Urano, os pesquisadores precisaram das capacidades ultravioleta exclusivas do Hubble. Observar alvos em luz ultravioleta não é possível a partir do solo devido aos efeitos de filtragem da atmosfera protetora da Terra. Nenhum outro telescópio espacial atual possui visão e nitidez ultravioleta comparáveis.

"O Hubble, com suas capacidades ultravioleta, é a única instalação capaz de testar nossa hipótese", disse Christian Soto, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, que conduziu grande parte da extração e análise de dados. Soto apresentou os resultados deste estudo em 10 de junho no 246º Encontro da Sociedade Astronômica Americana em Anchorage, Alasca.

Dados complementares do Telescópio Espacial James Webb da NASA ajudarão a fornecer uma compreensão mais abrangente do sistema de satélites uraniano e suas interações com a magnetosfera do planeta.

O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também apoia as operações da missão em Goddard. O Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, conduz as operações científicas do Hubble para a NASA.

O Instituto de Ciência do Telescópio Espacial está expandindo as fronteiras da astronomia espacial, abrigando o centro de operações científicas do Telescópio Espacial Hubble, os centros de operações científicas e de missão do Telescópio Espacial James Webb e o centro de operações científicas do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman. O STScI também abriga o Arquivo Barbara A.

Mikulski para Telescópios Espaciais (MAST), um projeto financiado pela NASA para apoiar e fornecer à comunidade astronômica uma variedade de arquivos de dados astronômicos, além de ser o repositório de dados das missões Hubble, Webb, Roman, Kepler, K2, TESS e outras. O STScI é operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia em Washington, DC.

Stsci.edu