O mistério das tempestades polares de Júpiter e Saturno poderá estar resolvido

Júpiter e Saturno, os dois maiores planetas do Sistema Solar, partilham muitas características. São constituídos por materiais muito semelhantes, rodam a velocidades próximas e libertam calor interno de forma parecida. Até acumulam luas de modo semelhante.

Há, contudo, uma diferença que intriga os cientistas há muito tempo: as gigantescas tempestades em forma de vórtice que ocupam os seus polos.

Em Saturno, existe uma enorme tempestade em cada polo. Já em Júpiter, cada polo é dominado por uma grande tempestade, rodeada por uma coroa de outras mais pequenas.

O mistério das tempestades polares de Júpiter e Saturno

Dois cientistas planetários acreditam agora que poderão ter resolvido o enigma. A resposta estará na forma como as tempestades se formam e se ligam ao interior dos planetas: a atmosfera pode permitir que cresçam livremente, como acontece em Saturno, ou impor, na prática, limites à sua dimensão, como sucede em Júpiter.

No modelo da equipa, a diferença depende da intensidade da ligação entre as tempestades e as camadas mais profundas.

«O nosso estudo mostra que o padrão do fluido observado à superfície depende das propriedades do interior e da suavidade da base do vórtice», afirma Wanying Kang, cientista planetária do MIT.

«Não creio que alguém tenha estabelecido esta ligação entre o padrão do fluido à superfície e as propriedades do interior destes planetas. Um cenário possível é que Saturno tenha uma base mais dura do que Júpiter.»

As condições meteorológicas em Júpiter e Saturno são lendárias. Em cada planeta, dominado por uma atmosfera gasosa e volumosa, sucedem-se tempestades turbulentas, poderosas faixas de vento e nuvens espessas que rodopiam em padrões semelhantes aos do expressionismo abstrato.

Ambos foram alvo de campanhas de observação por sondas espaciais dedicadas: a Cassini em Saturno e a Juno em Júpiter. Estas missões pioneiras revelaram que, apesar das semelhanças, os dois planetas apresentam configurações próprias de tempestades polares.

«As pessoas passaram muito tempo a tentar decifrar as diferenças entre Júpiter e Saturno», diz Jiaru Shi, cientista da atmosfera do MIT. «Os planetas têm dimensões semelhantes e são ambos constituídos sobretudo por hidrogénio e hélio. Não é claro por que razão os seus vórtices polares são tão diferentes.»

Um modelo para explicar os vórtices

Para encontrar uma resposta, os dois cientistas desenvolveram um modelo bidimensional da dinâmica dos fluidos à superfície, capaz de reproduzir os vórtices observados nos dois planetas.

«Num sistema de rotação rápida, o movimento do fluido tende a ser uniforme ao longo do eixo de rotação», explica Kang. «Por isso, partimos da ideia de que podemos reduzir um problema dinâmico tridimensional a um problema bidimensional, porque o padrão do fluido não muda nas três dimensões. Isto torna a simulação e o estudo do problema centenas de vezes mais rápidos e menos dispendiosos.»

Nos planetas gigantes gasosos, as grandes tempestades nascem de elementos de movimento mais pequenos, como a convecção, que vão crescendo progressivamente. A dimensão final é, porém, determinada por vários limites: entre eles, a profundidade das camadas da atmosfera, a força com que a atmosfera é agitada - um fenómeno conhecido como «forçamento» - e a taxa de dissipação por atrito.

Shi e Kang descobriram que a ordem pela qual esses limites são atingidos altera profundamente os padrões de vórtices que surgem na superfície visível da atmosfera.

A influência do interior dos planetas

A atmosfera de Júpiter é suficientemente profunda e energética para que se formem vários vórtices. No entanto, a turbulência inicial impede que se fundam num único grande vórtice, pelo que as tempestades polares surgem numa disposição surpreendentemente geométrica, semelhante à de uma piza com rodelas de enchido.

Por outras palavras, segundo o modelo, a estratificação de Júpiter é mais fraca, o forçamento é mais intenso à medida que o planeta liberta calor a partir do centro, e a energia não se dissipa tão depressa por atrito. Em conjunto, estes fatores mantêm intacta à superfície a estrutura de tempestades distintas.

Em contrapartida, a atmosfera de Saturno apresenta uma estratificação mais profunda. Aí, um forçamento mais fraco reduz a turbulência em profundidade, ou perde-se mais energia por atrito, ou sucede uma combinação de ambos. Isso elimina a barreira que impede a fusão dos vórtices, permitindo que todas as tempestades se juntem numa única tempestade gigante.

Tudo isto poderá ainda ser influenciado pela densidade da camada inferior em que o vórtice se forma. Embora não constituam uma prova definitiva, os resultados da equipa sugerem que os padrões das tempestades polares de cada planeta poderão conter pistas sobre o ambiente em que se formaram.

«Aquilo que vemos à superfície, o padrão do fluido em Júpiter e Saturno, pode dizer-nos algo sobre o interior, como a suavidade da 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 lhe permite produzir uma estratificação mais forte do que a de Júpiter. Isso contribuiria para a nossa compreensão destes gigantes gasosos.»

A investigação foi publicada nas Atas da Academia Nacional de Ciências.