Detalhe sutil nos anéis de Saturno revela mistérios sobre o núcleo do planeta

Detalhe sutil nos anéis de Saturno revela mistérios sobre o núcleo do planeta

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 16 de Agosto de 2021 às 15h20
NASA

Os anéis de Saturno, fotografados pela missão Cassini, revelaram detalhes até então desconhecidos sobre o núcleo do planeta gigante. Na verdade, um novo artigo publicado na revista Nature Astronomy mostra que o “coração” de Saturno é bem diferente e maior do que modelos anteriores previam.

Foi uma característica de uma das sub-divisões dos anéis de Saturno — conhecida como Anel C — que deu a principal dica aos pesquisadores para a nova descoberta. Este anel é mais tênue que os principais, por isso é bem mais difícil de enxergar da Terra através de binóculos ou telescópios pequenos e médios. Felizmente, a Cassini foi até lá e conseguiu imagens incríveis desse complexo sistema.

Com mais de 17 mil km de largura, o Anel C é bem largo, mas tem apenas cerca de 5 metros de espessura. Existem algumas lacunas entre as faixas e um anel ainda menor, chamado Anel Menor Titã — o nome se deve ao fato de que ele parece governado por uma ressonância orbital com a lua Titã.

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Mas há outras coisas incríveis acontecendo nesse grupo de pequenos anéis, como um padrão de onda espiral que os astrônomos só conseguiam explicar com a influência gravitacional das luas de Saturno. No entanto, o novo estudo mostra que essas espirais podem ser geradas pelo próprio planeta.

Anéis de Saturno e algumas de suas luas (Imagem: Reprodução/Cassini Imaging Team/ISS/JPL/ESA/NASA)

Em outras palavras, existe um padrão bem sutil de ondas espiraladas em um grupo bastante tênue de anéis, formados por trilhões de partículas de gelo, que levou os astrônomos a um modelo do núcleo planetário totalmente novo. As implicações desse pequeno detalhe pode levar a novos modelos do campo magnético de Saturno e novas explicações do próprio “nascimento” do planeta.

Para entender o que está acontecendo com o Anel C, os astrônomos criaram modelos computacionais para simular o sistema inteiro com uma variedade de configurações. Eles experimentaram diferentes tamanhos de núcleo, variando de muito pequeno a quase o tamanho do próprio planeta, além de alterar algumas vezes o material do núcleo. Diferentes quantidades de hélio e materiais mais pesados ​​como rocha e gelo foram inseridos em diferentes simulações.

Todas essas simulações de configurações distintas tinham como objetivo ver como os anéis reagiriam ao movimento do núcleo de Saturno. É que quando o núcleo de um planeta não é exatamente sólido, a rotação do fluido interno faz com que o centro gravitacional do planeta como um todo se mova um pouco, o que afeta as partículas nos anéis. Se a gravidade aumentar ligeiramente em um determinado ponto no núcleo, um pouco de gelo dos anéis mais próximos viajará mais rapidamente à medida que se aproximar desse ponto.

(Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

Assim, eles chegaram a uma simulação que melhor corresponde à realidade, ou seja, o modelo cujas configurações resultou no padrão de ondas espirais no Anel C. Com isso, a equipe descobriu que o núcleo é, provavelmente, grande e difuso, ou seja, sem uma “fronteira” muito delimitada entre o núcleo e o envelope de hidrogênio gasoso externo. Além disso, esse núcleo se espalha, com movimentos que esculpem, através da gravidade, os anéis dezenas de milhares de quilômetros acima.

No interior do núcleo, as coisas também são um pouco mais confusas do que parecia. Os astrônomos julgavam anteriormente que os materiais que compõem o núcleo — essencialmente, gelo e rocha, além de hidrogênio e hélio — eram separados em camadas bem distinguíveis, mas essas camadas se fundem de maneira gradual. Ou seja, a composição das camadas muda suavemente à medida que se afastam do centro do planeta.

Esses detalhes parecem simples, mas as implicações são enormes. Talvez a principal delas seja o fato de que neste núcleo, ao contrário das expectativas, não ocorre um processo de convecção — que é quando material quente interno sobe para as camadas acima, resfria, e desce novamente, em um ciclo constante.

Nesta imagem, foram aplicadas cores "falsas" em dados brutos da Cassini (Imagem: Reprodução: NASA/Caltech/Space Science Institute/Daniele Cavalcante)

Vemos a convecção em muitos objetos cósmicos, como o próprio Sol, ou mesmo em nossas casas, quando a água fervendo sobe em uma panela. Mas, no núcleo de Saturno, o calor escapa através de outro processo, chamado difusão. A difusão é um método muito mais lento e faz com que o núcleo permaneça muito mais quente em comparação aos modelos anteriores, que previam um núcleo convectivo.

A sequência em cadeia de implicações não para por aí, pois um núcleo mais quente causa mudanças no campo magnético. Tomemos a Terra como exemplo: nosso núcleo transfere calor através de convecção, e quando juntamos esse processo à rotação do planeta temos o famoso dínamo. Esse dínamo é o que cria nosso campo magnético, assim como ocorre em outros planetas. Mas o que gera o campo magnético de Saturno, se não houver um dínamo? Ainda não sabemos, mas é possível que haja alguma camada mais fraca no núcleo, onde o material faça a convecção.

Por fim, há implicações na própria formação de Saturno. Antes do novo estudo, supunha-se que ele sofreu acreção de matéria no núcleo até ele crescer o suficiente para formar em um núcleo denso, que por sua vez puxou gás circunvizinho para formar o planeta. Mas, se este fosse o caso, os materiais não estariam difusos, como o novo modelo aponta. Então, uma explicação possível é que Saturno se formou mais lentamente, a partir de pequenos pedaços menos compactos que poderiam ter se misturado com gás.

Tudo isso é fascinante: um simples padrão espiral em anéis discretos levou os cientistas a um novo modelo para o núcleo de Saturno, maior, viscoso e complexo. E, como geralmente acontece com a ciência, a descoberta trouxe novas perguntas: como o campo magnético é gerado? E como o planeta se formou, para início de conversa? Para essas respostas, ainda teremos que esperar um pouco, mas poder acompanhar essa história já é algo incrível.

Fonte: The New York Times, Bad Astronomy

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