Na atmosfera dos planetas, as tempestades polares em Júpiter e Saturno mostram grandes diferenças

Você pode olhar para Júpiter e Saturno e pensar que são quase “irmãos”: os dois maiores planetas do Sistema Solar, feitos basicamente dos mesmos gases, girando em ritmos parecidos e liberando calor interno de forma semelhante. Até na hora de juntar luas eles lembram um ao outro.

Mas há um detalhe que há décadas intriga os cientistas: as tempestades gigantes em forma de vórtice que se instalam nos polos desses planetas não seguem o mesmo padrão.

Saturno tem uma única tempestade enorme em cada polo.

Já nos polos de Júpiter, um grande vórtice domina o centro, cercado por uma “coroa” de tempestades menores.

Agora, um par de cientistas planetários acredita que pode ter chegado à explicação. A diferença estaria em como essas tempestades se formam e se conectam ao interior do planeta: se a atmosfera permite crescimento livre, como acontece em Saturno, ou se impõe limites de tamanho, como em Júpiter.

No modelo da equipe, isso depende de quão fortemente as tempestades ficam acopladas às camadas mais profundas.

“Nosso estudo mostra que, dependendo das propriedades do interior e de quão ‘macia’ é a base do vórtice, isso influencia o tipo de padrão de fluido que você observa na superfície”, diz a cientista planetária Wanying Kang, do MIT.

“Não acho que alguém tenha feito essa conexão entre o padrão do fluido na superfície e as propriedades internas desses planetas. Um cenário possível é que Saturno tenha uma base mais rígida do que Júpiter.”

O “tempo” em Júpiter e Saturno é lendário. Com atmosferas espessas e gasosas, os dois são sacudidos por tempestades turbulentas, faixas de ventos potentes e nuvens densas que giram em padrões que lembram arte abstrata.

Ambos foram observados de perto por missões dedicadas - a Cassini em Saturno e a Juno em Júpiter. Essas sondas revelaram que, apesar das semelhanças, cada planeta tem sua própria configuração peculiar de tempestades polares.

“As pessoas passaram muito tempo decifrando as diferenças entre Júpiter e Saturno”, diz o cientista atmosférico Jiaru Shi, também do MIT. “Os planetas têm mais ou menos o mesmo tamanho e são formados principalmente por hidrogênio e hélio. Não está claro por que os vórtices polares são tão diferentes.”

Para investigar isso, os dois cientistas desenvolveram um modelo bidimensional da dinâmica do fluido na superfície, para reproduzir os vórtices observados em ambos os planetas.

“Em um sistema que gira rapidamente, o movimento do fluido tende a ser uniforme ao longo do eixo de rotação”, diz Kang. “Então, partimos da ideia de que podemos reduzir um problema dinâmico 3D para um problema 2D, porque o padrão do fluido não muda no 3D. Isso torna o problema centenas de vezes mais rápido e barato de simular e estudar.”

Em gigantes gasosos, tempestades enormes nascem de “blocos” menores de movimento, como a convecção, que vão crescendo. Porém, o tamanho final é definido por vários limites, incluindo a profundidade das camadas da atmosfera, a força com que a atmosfera é agitada (um fenômeno chamado forcing) e a taxa com que a fricção dissipa energia.

Shi e Kang descobriram que a ordem em que esses limites são atingidos faz uma grande diferença nos padrões de vórtices que aparecem na superfície visível da atmosfera.

A atmosfera de Júpiter é profunda e energética o bastante para formar múltiplos vórtices, mas a turbulência precoce impede que eles se “misturem” e virem um único vórtice gigante - por isso, surgem como uma surpreendente “pizza de pepperoni” geométrica de tempestades polares.

Em outras palavras, segundo o modelo, as camadas de Júpiter são mais fracas, o forcing é mais forte por causa do calor que ele irradia do centro, e a energia não é drenada tão rapidamente pela fricção. No conjunto, isso mantém a estrutura discreta das tempestades na superfície.

Em contraste, a atmosfera de Saturno é estratificada em maior profundidade. Ali, ou um forcing mais fraco reduz a turbulência profunda, ou mais energia se perde por fricção - ou uma combinação das duas coisas -, removendo a barreira que impede os vórtices de se unirem, de modo que as tempestades acabam se juntando em uma só gigante.

E tudo isso também pode ser influenciado pela densidade da camada inferior onde o vórtice se forma. Não é uma prova definitiva, mas os resultados sugerem que os padrões das tempestades polares em cada planeta podem estar deixando pistas sobre o ambiente em que se formaram.

“O que vemos na superfície, o padrão do fluido em Júpiter e Saturno, pode nos dizer algo sobre o interior, como quão macia é a base”, afirma Shi.

“E isso é importante porque talvez, sob a superfície de Saturno, o interior seja mais enriquecido em metais e tenha mais material condensável, o que permite uma estratificação mais forte do que em Júpiter. Isso ampliaria nosso entendimento sobre esses gigantes gasosos.”

A pesquisa foi publicada na Proceedings of the National Academy of Sciences.