Cientistas espaciais de Leicester descobriram um mecanismo nunca antes visto alimentando enormes auroras planetárias em Saturno.
Saturno é único entre os planetas observados até hoje, pois algumas de suas auroras são geradas por ventos rodopiantes dentro de sua própria atmosfera, e não apenas da magnetosfera circundante do planeta.
Em todos os outros planetas observados, incluindo a Terra, as auroras são formadas apenas por correntes poderosas que fluem para a atmosfera do planeta a partir da magnetosfera circundante. Estes são impulsionados pela interação com partículas carregadas do Sol (como na Terra) ou material vulcânico em erupção de uma lua orbitando o planeta (como em Júpiter e Saturno).
Essa descoberta muda a compreensão dos cientistas sobre as auroras planetárias e responde a um dos primeiros mistérios levantados pela sonda Cassini da NASA, que chegou a Saturno em 2004: por que não podemos medir facilmente a duração de um dia no Planeta Anelado?
Quando chegou a Saturno, a Cassini tentou medir a taxa de rotação em massa do planeta, que determina a duração de seu dia, rastreando “pulsos” de emissão de rádio da atmosfera de Saturno. Para grande surpresa daqueles que fizeram as medições, eles descobriram que a taxa parecia ter mudado ao longo das duas décadas desde a última espaçonave que passou pelo planeta – a Voyager 2, também operada pela NASA – em 1981.
O pesquisador de Leicester, Nahid Chowdhury, PhD, é membro do Planetary Science Group dentro da Escola de Física e Astronomia e autor correspondente para o estudo, publicado em Geophysical Research Letters.
Ele disse: “A taxa de rotação interna de Saturno deve ser constante, mas por décadas os pesquisadores mostraram que inúmeras propriedades periódicas relacionadas ao planeta – as mesmas medidas que usamos em outros planetas para entender a taxa de rotação interna, como a emissão de rádio – tendem a mudar com o tempo. Além disso, também existem características periódicas independentes vistas nos hemisférios norte e sul que variam ao longo de uma estação no planeta.
“Nossa compreensão da física dos interiores planetários nos diz que a verdadeira taxa de rotação do planeta não pode mudar isso rapidamente, então algo único e estranho deve estar acontecendo em Saturno. Várias teorias foram divulgadas desde o advento da missão Cassini da NASA tentando explicar o(s) mecanismo(s) por trás dessas periodicidades observadas. Este estudo representa a primeira detecção do driver fundamental, situado na atmosfera superior do planeta, que passa a gerar tanto as periodicidades planetárias observadas quanto as auroras.
“É absolutamente emocionante poder fornecer uma resposta a uma das perguntas mais antigas em nosso campo. Isso provavelmente iniciará algumas repensações sobre como os efeitos climáticos atmosféricos locais em um planeta afetam a criação de auroras, não apenas em nosso próprio Sistema Solar, mas também em lugares mais distantes.”
Astrônomos e cientistas planetários da Universidade de Leicester lideraram um estudo ao lado de colegas do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA, da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA) e das Universidades de Wisconsin-Madison, Boston e Lancaster, além de Imperial e University Colleges, em Londres, para resolver a questão de décadas.
Eles mediram as emissões infravermelhas da atmosfera superior do gigante gasoso usando o Observatório Keck no Havaí e mapearam os fluxos variados da ionosfera de Saturno, muito abaixo da magnetosfera, ao longo de um mês em 2017.
Este mapa, quando fixado contra o pulso conhecido das auroras de rádio de Saturno, mostrou que uma proporção significativa das auroras do planeta é gerada pelo padrão de turbilhão do clima em sua atmosfera e é responsável pela taxa variável observada de rotação do planeta.
Os pesquisadores acreditam que o sistema é impulsionado pela energia da termosfera de Saturno, com ventos na ionosfera observados entre 0,3 e 3,0 quilômetros por segundo.
O Dr. Tom Stallard, Professor Associado de Astronomia Planetária da Universidade de Leicester, acrescentou: para o espaço destacam uma taxa de rotação aparentemente variável. Por duas décadas, nossos pesquisadores, juntamente com a comunidade científica em geral, especularam sobre o que pode estar impulsionando essas estranhas periodicidades.
“Ao longo dos anos, reuniões científicas tiveram discussões tarde da noite sobre se a lua vulcânica Enceladus pode ser a causa, ou interações com a espessa atmosfera da lua Titã, ou talvez interações com os anéis brilhantes de Saturno. Mas, recentemente, muitos pesquisadores se concentraram na possibilidade de que seja a atmosfera superior de Saturno que causa essa variabilidade.”
“Esta busca por um novo tipo de aurora remonta a algumas das primeiras teorias sobre a aurora da Terra. Agora sabemos que as auroras na Terra são alimentadas por interações com o fluxo de partículas carregadas emitidas pelo Sol. Mas eu amo que o nome Aurora Boreal se origine de ‘o Amanhecer do Vento do Norte’. Essas observações revelaram que Saturno tem uma verdadeira Aurora Boreal – a primeira aurora impulsionada pelos ventos na atmosfera de um planeta”.
Dr Kevin Baines, coautor do estudo baseado no JPL-Caltech e membro da Cassini Science Team, acrescentou: “A taxa de rotação em massa de Saturno e a duração do dia em Saturno.”
Por causa das taxas de rotação variáveis observadas em Saturno, os cientistas foram impedidos de usar o pulso regular de emissão de rádio para calcular a taxa de rotação interna em massa. Felizmente, um novo método foi desenvolvido por cientistas da Cassini usando perturbações induzidas pela gravidade no complexo sistema de anéis de Saturno, que agora parece ser o meio mais preciso de medir o período de rotação em massa do planeta, que foi determinado em 2019 em 10 horas e 33 minutos. e 38 segundos.
A pesquisa planetária da Universidade de Leicester abrange toda a amplitude do nosso Sistema Solar – e além.
Os pesquisadores de Leicester são membros da missão Juno, composta por uma equipe global de astrônomos que observam o enorme vizinho de Saturno, Júpiter, e estão liderando as observações dos planetas externos do Sistema Solar a partir do recém-lançado Telescópio Espacial James Webb. Leicester também desempenha um papel de liderança em ciência e instrumentação no Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) da Agência Espacial Europeia (ESA), com lançamento previsto para o final de 2022.
‘As auroras de Saturno modulam oscilações no campo magnético e emissões de rádio’ é publicado em Geophysical Research Letters. Este trabalho foi apoiado por um prêmio NASA Keck PI Data, administrado pelo NASA Exoplanet Science Institute.
Publicado em 12/02/2022 05h16
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