Tempestades de 100 anos desafiam nossa compreensão dos gigantes gasosos

Durante sua missão de sete anos no Solstício, a Cassini observou como uma enorme tempestade estourou e cercou Saturno. Os cientistas acreditam que tais tempestades estão relacionadas em parte aos efeitos sazonais da luz solar na atmosfera de Saturno. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Enormes tempestades deixam marcas na atmosfera de Saturno por séculos.

Pesquisadores descobriram tempestades gigantes de longo período Saturnoé similar a JúpiterGrande Mancha Vermelha, estudando emissões de rádio e distúrbios do gás amônia. A pesquisa revela diferenças significativas nas atmosferas entre os gigantes gasosos, desafia a compreensão atual das tempestades gigantes e fornece novos insights que podem influenciar estudos futuros sobre exoplanetas.

A Grande Mancha Vermelha e novas descobertas em Saturno

A maior tempestade do sistema solar, um anticiclone de 10.000 milhas de largura conhecido como Grande Mancha Vermelha, enfeitou a superfície de Júpiter por centenas de anos.

Um novo estudo revela que Saturno, embora de aparência mais modesta em comparação com a aparência colorida de Júpiter, também tem tempestades gigantes e duradouras. Essas tempestades têm efeitos profundos na atmosfera que duram séculos.

Metodologia de estudo

A pesquisa foi conduzida por astrônomos Universidade da California, Berkeleye a Universidade de Michigan Ann Arbor. Eles examinaram as emissões de rádio do planeta, que se originam abaixo da superfície, e descobriram distúrbios de longo prazo na distribuição do gás amônia.

O estudo foi publicado em 11 de agosto na revista Avanços da ciência.

Imagem de rádio do impacto de Saturno na tempestade gigante

Uma imagem de rádio de Saturno foi tirada com o VLA em maio de 2015, com emissões de rádio mais brilhantes de Saturno e seus anéis subtraídos para aumentar o contraste nas emissões de rádio mais fracas entre diferentes bandas latitudinais na atmosfera. Como a amônia bloqueia as ondas de rádio, as características brilhantes indicam regiões onde a amônia está esgotada e o VLA pode ver mais profundamente na atmosfera. A ampla faixa brilhante nas latitudes do norte é o resultado de uma tempestade de 2010 em Saturno, que aparentemente esgotou o gás amônia abaixo da nuvem gelada de amônia, que é o que vemos a olho nu. Crédito: RJ Salt and E.D. Butter

A natureza das mega tempestades

Tempestades gigantes ocorrem a cada 20 a 30 anos em Saturno e são semelhantes aos furacões na Terra, embora muito maiores. Mas, ao contrário dos furacões da Terra, ninguém sabe por que as grandes tempestades ocorrem na atmosfera de Saturno, que é principalmente hidrogênio e hélio com traços de metano, água e amônia.

“Entender os mecanismos das maiores tempestades do sistema solar coloca a teoria dos furacões em um contexto cósmico mais amplo, desafiando nosso conhecimento atual e ampliando os limites da meteorologia terrestre”, disse o principal autor Cheng Li, ex-bolsista da UCLA 51 Peg b. Berkeley, e agora é professor assistente na Universidade de Michigan.

exploração e ferramentas

Imke de Pater, professor emérito de astronomia e ciências da Terra e planetárias da UC Berkeley, estuda gigantes gasosos há mais de quatro décadas para entender melhor sua composição e o que os torna únicos, usando o Karl G. Jansky Very Large Array no Novo México para sondar as emissões de rádio das profundezas do planeta.

Cassini e o VLA Saturn Composite

No campo visual, a atmosfera em faixas de Saturno parece mudar suavemente de uma cor para outra. Mas visto aqui na luz do rádio – os dados do VLA sobrepostos em uma imagem da Cassini de Saturno – a natureza distinta das bandas é clara. Os cientistas usaram dados do VLA para entender melhor a amônia na atmosfera do gigante gasoso e aprenderam que tempestades gigantes transportam amônia da atmosfera superior para a atmosfera inferior. Crédito: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), I. de Pater e outros (UC Berkeley)

“Em comprimentos de onda de rádio, nós sondamos abaixo das camadas de nuvens visíveis em planetas gigantes. Como as reações químicas e a dinâmica alteram a composição da atmosfera de um planeta, as observações abaixo dessas camadas de nuvens são necessárias para restringir a composição da verdadeira atmosfera do planeta, que é uma chave parâmetro para modelos de formação de planetas.” “As observações de rádio ajudam a caracterizar processos dinâmicos, físicos e químicos, incluindo transferência de calor, formação de nuvens e convecção nas atmosferas de planetas gigantes, tanto em escala global quanto local”.

Resultados surpreendentes

Conforme relatado no novo estudo, o estudante de pós-graduação da UC Berkeley, Chris Moeckel, de Pater, encontrou algo surpreendente nas emissões de rádio do planeta: anomalias na concentração de amônia na atmosfera, que relacionaram a eventos anteriores de grandes tempestades no hemisfério norte. do planeta.

Efeito na concentração de amônia e diferenças atmosféricas

Segundo a equipe, a concentração de amônia é menor em altitudes médias, abaixo da camada superior da nuvem de amônia e gelo, mas torna-se enriquecida em altitudes mais baixas, 100 a 200 quilômetros mais fundo na atmosfera. Eles acreditam que a amônia é transportada da atmosfera superior para a atmosfera inferior por meio de processos de precipitação e reevaporação. Além disso, esse efeito pode durar centenas de anos.

Comparando Saturno e Júpiter

O estudo revelou ainda que, embora Saturno e Júpiter sejam feitos de gás hidrogênio, esses dois gigantes gasosos são marcadamente diferentes. Embora Júpiter tenha anomalias troposféricas, elas são limitadas por suas regiões (faixas brancas) e cinturões (faixas escuras) e não são causadas por tempestades como em Saturno. A diferença significativa entre gigantes gasosos vizinhos desafia a compreensão atual da formação de tempestades gigantes em gigantes gasosos e outros planetas. Também pode afetar como essas tempestades são encontradas e examinadas em exoplanetas no futuro.

Referência: “The Deep Long-Term Impact of Saturn’s Giant Storms” Por Cheng Li, Emke de Pater, Chris Moeckel, RJ Salt, Brian Butler, David de Boer e Zhiming Zhang, 11 de agosto de 2023, disponível aqui. Avanços da ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adg9419

O National Radio Astronomy Observatory (NRAO) é uma instalação da National Science Foundation, operada sob um acordo cooperativo da Associated Universities Inc.

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