A atmosfera de Júpiter é regulada por tempestades de amônia

Novos resultados da missão Juno da NASA em Júpiter sugerem que o maior planeta do nosso sistema solar é o lar do que é chamado de “relâmpagos rasos”. Uma forma inesperada de descarga elétrica, os relâmpagos rasos se originam de nuvens contendo uma solução de amônia-água, enquanto os relâmpagos na Terra se originam de nuvens de água.

Outras novas descobertas sugerem que as tempestades violentas pelas quais o gigante gasoso é conhecido podem formar granizo rico em amônia que a equipe de ciência de Juno chama de “cogumelos”; eles teorizam que os cogumelos sequestram essencialmente amônia e água na alta atmosfera e os carregam para as profundezas da atmosfera de Júpiter.

Esta ilustração usa dados obtidos pela missão Juno da NASA para descrever tempestades elétricas de alta altitude em Júpiter. A sensível câmera da Unidade de Referência Estelar de Juno detectou relâmpagos incomuns no lado escuro de Júpiter durante os voos da espaçonave pelo planeta.Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Heidi N. Becker / Koji KuramuraImagem completa e legenda

Desde que a missão Voyager da NASA viu pela primeira vez relâmpagos em Júpiter em 1979, pensou-se que os relâmpagos do planeta são semelhantes aos da Terra, ocorrendo apenas em tempestades onde a água existe em todas as suas fases – gelo, líquido e gás. Em Júpiter, isso colocaria as tempestades em torno de 28 a 40 milhas (45 a 65 quilômetros) abaixo das nuvens visíveis, com temperaturas que oscilam em torno de 32 graus Fahrenheit (0 graus Celsius, a temperatura na qual a água congela). A Voyager, e todas as outras missões para o gigante gasoso antes de Juno, viram os relâmpagos como pontos brilhantes no topo das nuvens de Júpiter, sugerindo que os flashes se originaram em nuvens de águas profundas. Mas relâmpagos observados no lado escuro de Júpiter pela Unidade de Referência Estelar de Juno contam uma história diferente.

“Os sobrevoos de Juno no topo das nuvens nos permitiram ver algo surpreendente – flashes menores e mais rasos – originados em altitudes muito mais altas na atmosfera de Júpiter do que se supunha ser possível”, disse Heidi Becker, responsável pela Investigação de Monitoramento de Radiação de Juno no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul Califórnia e o principal autor do artigo da Nature.

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Becker e sua equipe sugerem que as poderosas tempestades de Júpiter lançam cristais de gelo de água bem alto na atmosfera do planeta, mais de 16 milhas (25 quilômetros) acima das nuvens de água de Júpiter, onde encontram vapor de amônia atmosférica que derrete o gelo, formando uma nova amônia-água solução. Em tal altitude elevada, as temperaturas estão abaixo de 126 graus Fahrenheit negativos (88 graus Celsius negativos) – muito frio para existir água líquida pura.

“Nessas altitudes, a amônia atua como um anticongelante, baixando o ponto de derretimento da água gelada e permitindo a formação de uma nuvem com amônia-água líquida”, disse Becker. “Neste novo estado, gotas de amônia-água líquida podem colidir com os cristais de gelo de água e eletrificar as nuvens. Isso foi uma grande surpresa, já que nuvens de amônia-água não existem na Terra.”

No centro desta imagem da JunoCam, pequenas e brilhantes nuvens “pop-up” erguem-se acima das características circundantes. Nuvens como essas são consideradas o topo de violentas tempestades responsáveis ​​por raios rasos.Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill © CC BYImagem completa e legenda

Os raios superficiais influenciam em outro quebra-cabeça sobre o funcionamento interno da atmosfera de Júpiter: o instrumento Radiômetro de Microondas de Juno descobriu que a amônia estava esgotada – ou seja, faltando – na maior parte da atmosfera de Júpiter. Ainda mais intrigante é que a quantidade de amônia muda conforme a pessoa se move na atmosfera de Júpiter.

“Anteriormente, os cientistas perceberam que havia pequenos bolsões de amônia faltando, mas ninguém percebeu o quão fundo esses bolsões foram ou que cobriram a maior parte de Júpiter”, disse Scott Bolton, o principal investigador de Juno no Southwest Research Institute em San Antonio. “Estávamos lutando para explicar o esgotamento de amônia apenas com a chuva de amônia, mas a chuva não conseguia ir fundo o suficiente para corresponder às observações. Percebi que um sólido, como uma pedra de granizo, pode ir mais fundo e absorver mais amônia. Quando Heidi descobrimos relâmpagos rasos, percebemos que tínhamos evidências de que a amônia se mistura com a água no alto da atmosfera e, portanto, os relâmpagos eram a peça-chave do quebra-cabeça. “

Cogumelos Jovianos

Um segundo artigo, lançado ontem no Journal of Geophysical Research: Planets, prevê a estranha mistura de 2/3 de água e 1/3 de gás amônia que se torna a semente das pedras de granizo de Júpiter, conhecidas como cogumelos. Consistindo em camadas de neve derretida de amônia e gelo cobertas por uma crosta de gelo de água mais espessa, os cogumelos são gerados de maneira semelhante ao granizo na Terra – ficando maiores à medida que sobem e descem na atmosfera.

“Eventualmente, os cogumelos ficam tão grandes que nem mesmo as correntes de ar ascendentes podem segurá-los, e eles caem mais fundo na atmosfera, encontrando temperaturas ainda mais quentes, onde eventualmente evaporam completamente”, disse Tristan Guillot, um co-investigador de Juno da Université Côte d’Azur em Nice, França, e autora principal do segundo artigo. “A ação deles arrasta amônia e água para níveis profundos na atmosfera do planeta. Isso explica por que não vemos muito disso nesses lugares com o Radiômetro de Microondas da Juno.”

Este gráfico representa o processo evolutivo de “relâmpagos rasos” e “bolinhos” em Júpiter.Créditos: NASA / JPL-Caltech / SwRI / CNRSImagem completa e legenda

“Combinar esses dois resultados foi fundamental para resolver o mistério da falta de amônia de Júpiter”, disse Bolton. “Acontece que a amônia não está faltando; ela é apenas transportada para baixo disfarçada, tendo se ocultado ao se misturar com água. A solução é muito simples e elegante com esta teoria: quando a água e a amônia estão em um estado líquido, eles são invisíveis para nós até que atinjam uma profundidade onde evaporam – e isso é bastante profundo. “

Compreender a meteorologia de Júpiter nos permite desenvolver teorias da dinâmica atmosférica para todos os planetas em nosso sistema solar, bem como para os exoplanetas sendo descobertos fora de nosso sistema solar. Comparar como as tempestades violentas e a física atmosférica funcionam em todo o sistema solar permite que os cientistas planetários testem teorias sob diferentes condições.

Mais sobre a missão

O explorador de Júpiter movido a energia solar foi lançado nove anos atrás hoje, em 5 de agosto de 2011 . E no mês passado marcou o quarto aniversário de sua chegada a Júpiter . Desde que entrou na órbita do gigante gasoso, Juno realizou 27 voos científicos e registrou mais de 300 milhões de milhas (483 milhões de quilômetros).

JPL, uma divisão da Caltech em Pasadena, Califórnia, gerencia a missão Juno para o investigador principal, Scott Bolton, do Southwest Research Institute em San Antonio. Juno faz parte do Programa de Novas Fronteiras da NASA, que é gerenciado no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama, para o Diretório de Missões Científicas da agência em Washington. A Lockheed Martin Space em Denver construiu e opera a espaçonave.