Os astrônomos finalmente resolveram um mistério de décadas de rotação de Saturno

As medições sugeriram que a taxa de rotação do planeta gigante estava mudando ao longo do tempo, como se Saturno estivesse de alguma forma acelerando ou desacelerando. Esse resultado intrigante deixou os cientistas em busca de respostas. Agora, pesquisadores que usam o Telescópio Espacial James Webb (JWST) dizem que finalmente resolveram o mistério.

Novas descobertas, publicadas Jornal de Pesquisa Geofísica: Física EspacialRevela que as espetaculares luzes do norte de Saturno estão no centro do evento. A pesquisa mostra que a aurora do planeta conduz um poderoso ciclo envolvendo calor, vento e correntes elétricas que podem fazer Saturno parecer girar em velocidades diferentes, dependendo de como é medido.

O mistério da rotação de Saturno

O puzzle remonta a décadas, mas ganhou atenção renovada em 2004, depois de observações da sonda Cassini da NASA sugerirem que a taxa de rotação de Saturno estava a mudar lentamente.

Este resultado foi difícil de interpretar porque os planetas não alteram as suas taxas de rotação em escalas de tempo curtas.

Em 2021, uma equipe liderada pelo professor Tom Stallard, da Northumbria University, propôs uma explicação diferente. O estudo deles mostrou que a rotação de Saturno não está realmente mudando. Em vez disso, os sinais eléctricos associados à aurora do planeta estavam a ser afectados pelos ventos na atmosfera superior de Saturno. Esses ventos geraram correntes elétricas que alteraram o sinal auroral que os cientistas usavam para estimar a rotação do planeta.

Embora esse estudo explicasse as medições intrigantes, uma questão importante permaneceu sem resposta: o que estava impulsionando aqueles ventos atmosféricos?

Mapa de James Webb da Aurora de Saturno

Para investigar, Stallard e colegas de instituições do Reino Unido e dos EUA recorreram ao Telescópio Espacial James Webb.

A equipe observou a região auroral norte de Saturno continuamente durante todo o dia de Saturno. As observações forneceram um nível de detalhe que os instrumentos anteriores não conseguiam alcançar.

Os pesquisadores se concentraram na luz infravermelha emitida por uma molécula conhecida como cátion trihidrogênio. Esta molécula se forma na atmosfera superior de Saturno e atua como um indicador natural de temperatura. Ao analisar o seu brilho, a equipe criou o mapa mais detalhado já produzido de temperatura e densidade de partículas carregadas na região auroral de Saturno.

A melhoria na precisão foi dramática. Medições anteriores carregam uma incerteza de cerca de 50 graus Celsius, dificultando a detecção de mudanças sutis. As observações do JWST foram quase dez vezes mais precisas, permitindo aos cientistas detectar pela primeira vez padrões locais de aquecimento e arrefecimento.

Um motor térmico planetário autossustentável

Os novos dados corresponderam estreitamente às previsões de modelos computacionais desenvolvidos há mais de uma década. No entanto, os modelos só funcionavam se a fonte de aquecimento atmosférico estivesse localizada exactamente onde as partículas aurorais mais fortes entravam na atmosfera de Saturno.

Os resultados indicam que a aurora de Saturno está a fazer muito mais do que criar um espectáculo de luzes deslumbrante.

A energia depositada pela aurora aquece certas regiões da atmosfera. Esse calor gera ar, que então gera uma corrente elétrica. Essas correntes ajudam a alimentar a aurora, que aquece a atmosfera e sustenta todo o ciclo.

O pesquisador principal, Professor Tom Stallard, disse:”O que estamos vendo é essencialmente uma bomba de calor planetária. A aurora de Saturno aquece sua atmosfera, a atmosfera impulsiona os ventos, gerando correntes de vento que alimentam a aurora e assim ela continua. O sistema se alimenta.

“Durante décadas, sabíamos que algo estranho estava a acontecer com a aparente taxa de rotação de Saturno, mas não conseguíamos explicar. Mostrámos então que era impulsionado por ventos atmosféricos, mas ainda não sabíamos porque é que esses ventos existiam. Estas novas observações, tornadas possíveis pelo JWST, dão-nos finalmente a evidência de que precisamos para fechar esse ciclo.”

Influência externa de Saturno

A descoberta pode ter implicações que vão além de um único planeta.

Os pesquisadores encontraram evidências de que a atmosfera e a magnetosfera de Saturno estão intimamente conectadas. A magnetosfera é a grande região do espaço moldada pelo campo magnético do planeta. A atividade na atmosfera parece afetar o estado da magnetosfera, enquanto a magnetosfera devolve energia à atmosfera.

Esta troca contínua pode ajudar a explicar porque é que o processo permanece estável durante longos períodos de tempo.

Segundo os pesquisadores, interações semelhantes também podem ocorrer em outros planetas.

O professor Stallard acrescentou: “Este resultado muda a forma como pensamos sobre as atmosferas planetárias de forma mais geral. Se as condições atmosféricas de um planeta podem conduzir correntes para o ambiente espacial circundante, então compreender o que está a acontecer nas estratosferas de outros mundos pode revelar interações que ainda não imaginamos.”

Um esforço de pesquisa internacional

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. O telescópio foi projetado para estudar todos os objetos do sistema solar, procurar planetas orbitando estrelas distantes e explorar a origem e evolução do universo. WEB é um projeto internacional liderado pela NASA em parceria com a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).

Pesquisadores da Universidade de Northumbria conduziram o estudo com colegas da Universidade de Boston, Universidade de Leicester, Universidade de Aberystwyth, Universidade de Reading, Imperial College London, Universidade de Lancaster e Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins. O financiamento para a pesquisa foi fornecido pelo Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC).