O que há em um gigante gasoso?
Nada, aparentemente. Os interiores de Júpiter e Saturno são realmente muito difíceis de sondar. Mas o sistema de anéis extenso e exclusivamente glorioso de Saturno está provando ser uma excelente ferramenta para descobrir as densidades abaixo de suas espessas camadas de nuvens, até o núcleo.
Esse núcleo, de acordo com uma nova análise de ‘oscilações’ no anel principal mais interno de Saturno, provavelmente não é uma bola densa de níquel e ferro, como se pensa atualmente, mas uma região “difusa” composta principalmente de hidrogênio e hélio, com uma mistura gradual de elementos mais pesados, estendendo-se a 60 por cento do raio do planeta e contendo cerca de 17 massas terrestres de gelo e rocha.
Esta descoberta, publicada no servidor de pré-impressão arXiv e aguardando revisão por pares, é semelhante a descobertas recentes sobre o interior de Júpiter com base em dados Juno, e pode mudar nossas suposições sobre a estrutura inicial de Saturno e a história da formação.
Como podemos aprender isso com os anéis de Saturno? Tudo tem a ver com a maneira como os ruídos na barriga de Saturno influenciam o campo gravitacional externo do planeta.
Ondas acústicas e oscilações dentro de corpos cósmicos são uma ferramenta brilhante para sondar sua estrutura interna. Fazemos isso aqui na Terra, onde terremotos enviam ondas semelhantes ondulando pelo planeta; como essas ondas saltam lá dentro pode revelar densidades diferentes, permitindo-nos identificar estruturas que nunca poderíamos esperar ver. No Sol e em outras estrelas, as ondas acústicas internas se manifestam como flutuações de brilho.
Saturno não é lugar para um sismômetro e não sofre flutuações de brilho, mas alguns anos atrás, os cientistas notaram padrões de assinatura no anel C de Saturno, o mais interno de seus anéis principais.
Estes, eles concluíram, provavelmente não seriam produzidos pelas luas de Saturno, visto que tais padrões são nos anéis externos; em vez disso, eles parecem ser gerados por oscilações profundas no interior do planeta, que influenciam o campo gravitacional.
Assim surgiu o campo da cronoseismologia: o estudo do interior de Saturno por meio da análise dessas ondas no anel C.
Agora os astrofísicos Christopher Mankovich e Jim Fuller, da Caltech, conduziram uma nova análise de uma onda em anel C interno anteriormente caracterizada, cuja frequência era muito menor do que o esperado do modelo interno de Saturno estabelecido. Esse padrão de frequência, eles descobriram, impõe uma nova restrição estrita à composição do interior de Saturno.
“Nossos modelos impõem fortes restrições à massa e ao tamanho do núcleo do elemento pesado de Saturno, mesmo que a natureza diluída desse núcleo exija uma descrição mais sutil do que nos modelos tradicionais em camadas”, escreveram eles em seu artigo.
Com base nessas restrições, eles inferiram que a massa do núcleo é cerca de 55 vezes a massa da Terra, contendo 17 massas terrestres de rocha e gelo. O resto seria predominantemente hidrogênio e hélio; a coisa toda é difusa e gradualmente misturada, em vez de estratificação estritamente delineada, com uma concentração mais densa de elementos mais pesados bem no centro.
Isso representa um desafio para os modelos de formação planetária. Acredita-se que os planetas se formem a partir de um modelo de acúmulo de seixos de baixo para cima, no qual pequenos pedaços de rocha são eletrostaticamente ligados até que a “semente” planetária seja grande o suficiente para atrair gravitacionalmente mais e mais material – eventualmente formando um planeta.
Para gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno, pensava-se que o material mais pesado afundava em direção ao centro, formando um núcleo sólido e permitindo que o gás de baixa densidade subisse para as regiões externas.
Modelos recentes sugerem distribuição mais gradual de material; ou é possível que a mistura convectiva resulte em uma distribuição mais gradual.
Mesmo assim, modelar caminhos de formação para um núcleo difuso provou ser um desafio, e é provável que mais complexos trabalhos científicos sejam necessários para entender completamente como isso pode acontecer.
Isso pode ser colocar a carroça um pouco à frente dos bois, no entanto. O novo estudo é baseado em uma onda de anel C. Um pouco mais de cronoseismologia ajudaria a validar a interpretação de um núcleo difuso de Saturno.
Publicado em 16/05/2021 09h42
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