Para um planeta rochoso, encontrar a duração de um dia pode ser simples. Basta escolher um ponto de referência e observar quanto tempo leva para sair da vista e depois voltar à vista. Mas para planetas como Saturno, não é tão simples. Não há recursos de superfície para rastrear.
Os cientistas passaram décadas tentando determinar o período de rotação de Saturno. Mas o gigante do gás tem relutado em revelar seus segredos. Um novo estudo na AGUJornal de Pesquisa Geofísica: Física Espacial pode finalmente ter a resposta. O estudo é intitulado "Múltiplas periodicidades variáveis de Saturno: um modelo de volante duplo de acoplamento termoesfera-ionosfera-magnetosfera".
Em um planeta como a Terra, sabemos o que estamos medindo quando medimos o período de rotação. Estamos medindo a superfície do planeta. Mas para um gigante do gás, as coisas são mais complexas. De que camada do planeta os cientistas estão realmente falando?
Saturno é um gigante gasoso de várias camadas, provavelmente com um núcleo rochoso. Esse núcleo é cercado por uma camada de gelo, depois hidrogênio metálico e hélio. Depois, uma área de chuva de hélio, ainda mais cercada por uma região de hidrogênio líquido. Depois vem uma grande região de hidrogênio gasoso. A atmosfera superior de Saturno é composta de três camadas: no topo, há nuvens de amônia, abaixo do hidrossulfeto de amônio e, abaixo, nuvens de vapor de água.
Quando os cientistas falam sobre o período de rotação de Saturno, eles estão falando sobre a atmosfera superior. É a única parte do planeta que pode realmente ser medida.
Os cientistas observam os padrões de radiofrequência que um gigante gasoso emite para determinar sua duração do dia. A dificuldade com Saturno é que ele emite apenas padrões de rádio de baixa frequência que a atmosfera da Terra bloqueia. Isso contrasta com Júpiter, que emite padrões de frequência mais alta que passam pela atmosfera da Terra. Por causa disso, os cientistas conseguiram calcular o período de rotação de Júpiter antes do advento das naves espaciais.
Saturno teve que esperar até 1980 e 1981, quando a Voyager 1 e a Voyager 2 visitaram e coletaram dados. Naquela época, eles mediram o período de rotação em 10 horas e 40 minutos. Essa foi a melhor medida disponível na época e ficou presa. Por duas décadas.
Mas então Cassini visitou Saturno e passou 13 anos estudando-o e suas luas. Os astrônomos ficaram surpresos ao descobrir que o período rotacional de Saturno havia mudado. Os dados da Cassini mostraram que nos vinte anos entre Voyagers e Cassini - uma quantidade insignificante de tempo na vida de um planeta - a duração do dia havia mudado.
"Em 2004, vimos que o período havia mudado em 6 minutos, cerca de 1%."
Duane Pontius, do Birmingham-Southern College, no Alabama, co-autor do estudo.
Cassini mostrou que o período de rotação havia mudado em 6 minutos, ou cerca de 1%.
"Em 2004, vimos que o período havia mudado em 6 minutos, cerca de 1%", disse Duane Pontius, do Birmingham-Southern College, no Alabama, co-autor do novo estudo. "Durante muito tempo, presumi que havia algo errado com a interpretação dos dados", lembrou Pontius. "Simplesmente não é possível."
Como um planeta inteiro muda seu período de rotação em tão pouco tempo? Uma mudança dessa magnitude deve levar centenas de milhões de anos para ocorrer. Mas havia mais: a Cassini também mediu padrões eletromagnéticos, mostrando que os hemisférios norte e sul tinham diferentes períodos de rotação.
As estações mudando de Saturno
Pontius e os outros autores queriam entender o que havia acontecido e por que havia uma discrepância nas medidas. Assumindo que os dados da Cassini estavam sendo entendidos corretamente, tinha que haver uma razão para a mudança e a diferença entre os hemisférios. Eles decidiram comparar Saturno com seu irmão mais próximo, Júpiter.
Uma coisa que Saturno tem são as estações. Saturno tem uma inclinação axial de quase 27 graus, que é semelhante à inclinação de 23 graus da Terra. Júpiter tem apenas uma inclinação de três graus. Assim como a Terra, os hemisférios norte e sul de Saturno recebem diferentes quantidades de energia à medida que orbitam o Sol.
Na borda externa da atmosfera de Saturno, há uma região de plasma. Pontius e os outros autores pensam que a quantidade diferente de energia UV que chega aos hemisférios através das estações do ano interage com esse plasma. No modelo desenvolvido, as variações de UV afetam o plasma, criando mais ou menos arrasto na interseção do plasma e da atmosfera externa.
O arrasto é o que determina a rotação da atmosfera, como mostrado pelas emissões de ondas de rádio, e essa rotação muda de acordo com a estação que estamos observando.
O arrasto do plasma é o que diminui a rotação, dando-nos o período de rotação sinalizado pelas emissões de rádio. À medida que a estação muda, o arrasto do plasma muda e as emissões de rádio também. Novamente, são as emissões de rádio com as quais os cientistas medem o período de rotação de Saturno, já que não há características fixas da superfície.
Este modelo desenvolvido por Pontius e seus colegas fornece uma explicação para a mudança de rotação observada nos 20 anos entre a Voyagers e a Cassini. Essa medida é apenas para as camadas superficiais de Saturno. O núcleo rochoso, que está entre 9 e 22 vezes a massa da Terra, está oculto e inescrutável sob dezenas de milhares de quilômetros de atmosfera.
Mais:
- Press Release: Entendendo a rotação impossível de Saturno
- Artigo científico: Múltiplas periodicidades variáveis de Saturno: um modelo de "volante duplo" de acoplamento termoesfera? Ionosfera? Magnetosfera
- ESA Cassini-Huygens: Atmosfera de Saturno
