Juno bate na porta de Júpiter

Missão vai espiar embaixo das nuvens do gigante de gás e voar perto de suas auroras monstruosas.

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A sonda Juno deixou a Terra há 5 anos. Logo ela vai chegar em Júpiter e começar a investigar o planeta de perto. Crédito: NASA / JPL-Caltech.

Artigo traduzido de Science News. Autor: Christopher Crockett.

Os astrônomos antigos escolheram um bom nome para o maior planeta do Sistema Solar. Júpiter era o rei dos deuses romanos.

Com mais de duas vezes a massa de todos os outros planetas juntos, Júpiter também reina supremo. É o membro mais influente da nossa família planetária. Júpiter poderia ter arremessado os asteroides que trouxeram água para a Terra. Poderia ter roubado material de construção do planeta Marte. E poderia ter empurrado Urano e Netuno para os arredores de nosso Sistema Solar. Júpiter é também uma enorme cápsula do tempo. Esta bola de gás registrou as condições do Sistema Solar quando os planetas se formaram a mais de 4 bilhões de anos atrás.

Os seres humanos têm observado Júpiter por mais de quatro séculos. Oito veículos espaciais visitaram o planeta. Mas espessas nuvens escondem o que se passa dentro dele. Assim, muitos dos mistérios mais básicos do planeta permanecem.

A sonda Juno está prestes a adentrar na névoa. O National Aeronautics and Space Administration, ou NASA, lançou a sua nave espacial. Ela chegará ao mundo gigante em 4 de Julho.

“Nós não sabemos como é o interior de Júpiter”, diz Scott Bolton. Ele é cientista planetário no Instituto de Pesquisa do Sudoeste em San Antonio, Texas. Ele também dirige a missão Juno. Em pouco tempo, ele observa: “Nós vamos ver por baixo dos topos das nuvens pela primeira vez.”

Juno recebe o nome da esposa de Júpiter, uma deusa que olhou através de seu véu de nuvens e viu a verdadeira natureza de seu marido.

A sonda Juno deixou a Terra em 5 de Agosto de 2011. A jornada foi de quase cinco anos para percorrer cerca de 2,8 bilhões de quilômetros. Quando chegar, deve passar 20 meses em órbita e examinando o gigante de gás. Se tudo correr bem, Juno vai medir a quantidade de água que se esconde sob as nuvens. Irá mapear o interior de Júpiter. E vai fazer a primeira boa imagem que a humanidade já viu das regiões polares do planeta.

Júpiter não é estranho para os exploradores robóticos. Até à data, no entanto, a maioria entrou e saiu rapidamente. Muitas sondas usaram a gravidade de Júpiter para pegar velocidade em seu caminho para outros locais no Sistema Solar exterior. Até mesmo a nave espacial Ulysses, que tinha como destino o Sol, fez uma curva em Júpiter primeiro. Em 1992, ela usou o planeta para alcançar os polos do Sol. Quando possível, estas naves também fazem um passeio científico enquanto passam por ele.

Galileu foi a única espaçonave a orbitar Júpiter. Ela chegou ao planeta em 1995. Mas teve algumas dificuldades técnicas. Uma antena mal que não funcionava e um gravador quebrado. Isso forçou Galileo a passar a maior parte de seu tempo observando as quatro maiores luas de Júpiter em vez do próprio planeta.

“Houve uma necessidade de voltar a Júpiter e realmente estudar Júpiter”, observa Jonathan Lunine, cientista planetário na Universidade de Cornell em Ithaca, NY

Planeta dos extremos

Júpiter é extremo em todos os sentidos. “Muitas vezes penso nele como um planeta bombado”, diz Bolton. Se Júpiter fosse uma concha vazia, cerca de 1.000 Terras poderiam se espremer dentro dele. Apesar desse tamanho, é o planeta com a rotação mais rápida do Sistema Solar. Um dia dura pouco menos de 10 horas.

Na atmosfera turbulenta de Júpiter, tempestades vêm e vão. Mas pelo menos uma, possivelmente, durou séculos. É a famosa Grande Mancha Vermelha. Ela é uma tempestade quase tão grande quanto a Terra que está ativa a pelo menos 150 anos.

As temperaturas perto do núcleo podem ser superiores a 20.000 °C. Isto é mais do que três vezes mais quente que a superfície do Sol. E mesmo que Júpiter seja feito predominantemente de elementos leves, como hidrogênio e hélio, ele tem 318 vezes a massa da Terra.

A Grande Mancha Vermelha de Júpiter é uma tempestade duas vezes maior que a Terra, que já dura mais de 150 anos. Crédito: ASA / JPL / SwRI.

O peso de todo esse gás gera pressões perto do centro do planeta que são milhões de vezes maiores do que qualquer pessoa já experimentou. Na superfície da Terra, a atmosfera empurra cada 6,5 centímetros quadrados com 65,4 newtons de força. “Isso é como ter quatro pessoas em pé sobre seus ombros”, diz Fran Bagenal, cientista planetária da Universidade do Colorado, Boulder. Ela ressalta que você não nota a força porque você está acostumado a ela.

Em Júpiter, a pressão no topo das nuvens seria confortável para você. Mas, à medida que você fosse caindo – e iria continuar caindo porque não há nenhuma superfície para se apoiar – você despencaria para pressões esmagadoras. Para tentar imaginar, substitua as quatro pessoas em seu ombro por mil elefantes, diz Bagenal. “E o elefante no início estaria usando salto alto”, observa ela.

Muito do que os cientistas sabem sobre Júpiter vem da observação de sua cobertura de nuvens por telescópios e naves espaciais. O interior ainda fica na especulação. Pode haver um núcleo sólido, uma semente da qual o planeta cresceu. Ou pode não haver. Pode haver um oceano de hidrogênio líquido metálico girando em torno desse núcleo. Ele agiria como um condutor elétrico gigantesco e geraria o campo magnético de longo alcance de Júpiter. Ou pode haver abundantes reservas de vapor de água sob as nuvens.

Estes são alguns dos mistérios que Juno irá investigar.

Júpiter através dos tempos

Os dados das novas sondas poderiam ajudar a responder perguntas sobre como Júpiter funciona hoje – e como o planeta surgiu a 4,6 bilhões de anos atrás.

Os pesquisadores pensam que quando Júpiter se formou, ele sugou todo o gás que alcançou. Esse gás compõe a maior parte do que Júpiter é hoje. Também representa amostras do material que girava em torno do jovem Sol. Desde então, eles ficaram armazenados em um armazém do tamanho de um planeta.

Medir a água nesse gás poderia dizer aos pesquisadores onde o planeta se formou. Também poderia dizer como o ambiente era nos primórdios do Sistema Solar.

Juno deve ajudar os cientistas a ver abaixo das nuvens de Júpiter. Os novos dados podem ser capazes de mostrar se o planeta tem um núcleo de rocha e gelo debaixo do hidrogênio metálico líquido (cinza escuro) e gás hidrogênio e hélio (marrom). Crédito: JPL-Caltech / NASA.
Juno deve ajudar os cientistas a ver abaixo das nuvens de Júpiter. Os novos dados podem ser capazes de mostrar se o planeta tem um núcleo de rocha e gelo debaixo do hidrogênio metálico líquido (cinza escuro) e gás hidrogênio e hélio (marrom). Crédito: JPL-Caltech / NASA.

“A água desempenha um papel chave na formação do planeta,” diz Bagenal. Longe do calor do Sol, as temperaturas eram frias o suficiente para que a água congelasse e fornecesse montes de partículas sólidas a partir das quais os planetas gigantes poderiam crescer. Júpiter pode ter começado como uma bola de rocha e gelo de água com várias vezes a massa da Terra. A bola pode ter, em seguida, puxado todo o hidrogênio e hélio nas proximidades para formar um planeta gigante.

No entanto, Bagenal aponta, “Até medirmos a água, nós realmente não sabemos”.

A sonda Galileo tentou descobrir a quantidade de água na atmosfera de Júpiter. À medida que se aproximou do planeta, a Galileo enviou uma sonda para a atmosfera que mediu temperaturas, pressões e composição química. A sonda funcionou perfeitamente. Ele desceu muito além do que os pesquisadores esperavam. Mas entrou em um lugar sem sorte. Sua medição da água foi seca.

A sonda de Galileu caiu no que os pesquisadores chamam de “ponto quente”. É uma clareira nas nuvens, onde correntes térmicas descendentes arrastam ar seco profundamente na atmosfera. “Eles foram para o Sahara de Júpiter”, diz Bolton. A sonda parou de transmitir sinal antes de viajar a uma profundidade suficiente para obter uma medida realista de água de Júpiter.

Os cientistas da NASA pensam que deveriam tentar novamente. Talvez uma missão poderia soltar várias sondas em torno de Júpiter a profundidades muito maiores, diz Bolton. “Mas isso é [um objetivo] muito caro e desafiador.”

Mergulhos profundos

Bolton e seus colegas tiveram uma ideia diferente que se tornou o que é agora a missão Juno.

Júpiter continua esfriando desde a sua formação há muito tempo. Quando isso acontece, ele brilha com a energia das microondas que emite. A água se destaca na absorção de energia de microondas em frequências específicas. Uma nave poderia orbitar Júpiter e medir quais partes dessas frequências estão sendo absorvidas. A partir daí, os pesquisadores poderiam descobrir quanta água está escondida sob as nuvens.

Então, para medir as microondas, a Juno fará um loop em torno do planeta muitas vezes. Enquanto isso acontece, ele irá gravar a intensidade das microondas em frequências diferentes.

Juno vai viajar em uma série de órbitas de 14 dias em torno de Júpiter. Essa trajetória irá levar a nave repetidamente acima dos pólos de Júpiter. Na maioria das vezes ela também vai manter a nave longe dos cinturões de radiação do planeta. Crédito: E. Otwell, NASA.
Juno vai viajar em uma série de órbitas de 14 dias em torno de Júpiter. Essa trajetória irá levar a nave repetidamente acima dos polos de Júpiter. Na maioria das vezes ela também vai manter a nave longe dos cinturões de radiação do planeta. Crédito: E. Otwell, NASA.

Mas a água por si só não vai contar tudo sobre o nascimento de Júpiter. Para o resto da história, os pesquisadores precisam saber se o planeta tem um núcleo sólido.

Uma teoria para como os planetas gigantes se formam é que eles começam com uma semente de rocha e gelo. Ela, então, atraiu muito material para formar a atmosfera. Outra ideia é que planetas gasosos se formam quando uma bolha de hidrogênio e gás hélio entra em colapso sob seu próprio peso. Isto ignorar a necessidade de um núcleo sólido.

A Juno poderia resolver este debate. À medida em que ela fizer o loop em torno do planeta, a Juno irá acelerar e desacelerar. Isso acontecerá em resposta a mudanças sutis na força gravitacional de Júpiter de um lugar para outro. Ao acompanhar essas acelerações, os pesquisadores serão capazes de descobrir como massa é distribuída no interior profundo do planeta. Isso vai dizer se há um núcleo concentrado ou não.

Uma vantagem que esta nave espacial tem sobre as anteriores é a sua órbita. Juno vai circular perpendicular – em um ângulo de 90 graus – ao equador. Ela vai voar de polo a polo, tocando os topos das nuvens. A Galileu, pelo contrário, geralmente se manteve distante do planeta. Também nunca se afastou do equador. A aproximação permitirá que a Juno faça medições detalhadas. E a trajetória de voo norte-sul vai deixar a nave espacial digitalizar todas as latitudes para uma sondagem mais global das entranhas do planeta.

Ainda assim, Júpiter não será tão fácil.

“Estamos entrando em uma região muito perigosa”, diz Bolton. Esta é “provavelmente a região mais perigosa do Sistema Solar, fora mergulhar no Sol.” Cinturões de radiação de alta energia e partículas carregadas rodeiam Júpiter. Estes cinturões não são amigáveis para os componentes eletrônicos de naves espaciais. Para sobreviver, os instrumentos de Juno estão selados dentro de um cofre de titânio de 200 kg. A sonda só pode se comunicar com o mundo exterior através de cabos pesadamente blindados. “Estamos indo para Júpiter com um tanque blindado”, diz Bolton.

O tanque carrega uma câmera, espectrômetros, magnetômetros e dispositivos para fazer medições de plasma e partículas. É claro que também tem um sensor de microondas e uma antena de rádio. O plano é se aproximar repetidamente do planeta e depois se afastar rapidamente.

Uma vez Juno iniciar sua rotina, cada órbita levará 14 dias. A maior parte desse tempo será gasto longe do planeta, fora dos cinturões de radiação.

Por causa da rotação do planeta, cada vez que a Juno se aproximar, ela irá verificar uma longitude diferente. Durante esses mergulhos profundos, a sonda vai voar apenas 5.000 quilômetros acima dos topos das nuvens. A gravidade irá acelera-la para cerca de um quarto de milhão de quilômetros por hora. Isso irá definir um novo recorde de velocidade da nave espacial. Nessa velocidade, Juno poderia ir de Boston a Los Angeles em um minuto.

Os polos

Nas horas antes e depois de cada aproximação do planeta, a Juno irá sobrevoar os misteriosos polos norte e sul de Júpiter. “Esta é uma terra incognita para os cientistas planetários,” diz Leigh Fletcher, cientista planetário da Universidade de Leicester, na Inglaterra (terra incognita é um termo da cartografia, que descreve uma área que ainda precisa ser mapeada.)

Raios-X mostram as auroras de Júpiter (cor púrpura) ondulando em torno dos polos do planeta. Esta é uma combinação de imagens obtidas pelos telescópios espaciais Chandra e Hubble. Crédito: X-RAY: CXC, SWRI, R.GLADSTONE ET AL / NASA .; OPTICAL: ESA, HUBBLE HERITAGE (AURA / STScI) / NASA.
Raios-X mostram as auroras de Júpiter (cor púrpura) ondulando em torno dos polos do planeta. Esta é uma combinação de imagens obtidas pelos telescópios espaciais Chandra e Hubble. Crédito: X-RAY: CXC, SWRI, R.GLADSTONE ET AL / NASA .; OPTICAL: ESA, HUBBLE HERITAGE (AURA / STScI) / NASA.

Júpiter não tem estações. Seu eixo é quase perpendicular à sua órbita. Isso significa que os polos são praticamente invisíveis da Terra. A maioria das outras espaçonaves visitantes ficaram perto do equador de Júpiter. A Pioneer 11 fez uma imagem distorcida da região polar norte enquanto me afastava de Júpiter em 1974 rumo a Saturno. No início de 1992, a sonda solar Ulysses sobrevoou os polos de Júpiter em seu caminho para o Sol. Mas não levou uma câmera. Ela também ficou tão perto do planeta quanto a Juno vai.

Nos polos, Juno vai dar aos pesquisadores um olhar mais próximo das auroras de Júpiter. Elas são equivalentes às luzes do norte e do sul da Terra. E em Júpiter, essas faixas de luz são cerca de 1000 vezes mais poderosas que as da Terra. Também são mais longas do que o nosso planeta.

Uma aurora é produzida por uma interação do vento solar com o campo magnético de um planeta. Então, as luzes de Júpiter irão fornecer aos cientistas uma maneira de pesquisar o campo magnético do planeta. Muito do que os pesquisadores já sabem sobre as auroras em Júpiter vem de observatórios mais perto de casa, como o Telescópio Espacial Hubble.

A sonda Cassini da NASA enviou dados de Saturno desde 2004. Quando ela espiou o planeta pela primeira vez, ela mostrou várias surpresas. E isso sugere que pode haver surpresas esperando nos polos de Júpiter também. A Cassini encontrou vórtices como furacões rodopiando em torno dos polos de Saturno. “É como se olhássemos para um ralo de drenagem em Saturno”, diz Fletcher. “Nós não sabemos se isso é uma característica comum dos planetas gigantes ou única de Saturno.”

Após a chegada de Juno

No dia 4 de julho, a chegada de Juno a Júpiter não nos dará novas fotos. Os instrumentos da sonda estão desligados, uma vez que chicoteia ao redor do planeta e começa a sua primeira órbita. A próxima aproximação de Juno – dessa vez com imagens de acompanhamento – não vai acontecer até o final de agosto. Após dois ciclos de 53 dias em torno de Júpiter, a Juno vai finalmente entrar em sua rota normal em novembro.

Enquanto a nave espacial investigar, telescópios ao redor do mundo e no espaço estarão de olho em Júpiter também. Quando a sonda adentrar nas nuvens, poderá ver apenas uma pequena parte do planeta de cada vez. Uma campanha de observação internacional está convidando grandes observatórios no Chile e Hawaii, instrumentos em órbita, como o Hubble, e amadores armados com telescópios de quintal, para ficarem atentos ao que estiver acontecendo no resto da atmosfera de Júpiter.

Fletcher explica, “Todo mundo está tentando tirar o máximo deste momento em que todos os olhos estarão em Júpiter”.

Em fevereiro de 2018, cerca de 1,5 anos após a sua chegada, a Juno vai mergulhar na atmosfera de Júpiter para sua morte. A missão da Galileo terminou da mesma forma em 2003. Os cientistas não querem arriscar um confronto entre Juno e qualquer uma das luas geladas de Júpiter, como a Europa. Europa pode abrigar vida em seu oceano de água líquida subterrâneo. Juno não foi esterilizada antes do lançamento. Isso significa que os micróbios da Terra pode ter pegado uma carona. Ninguém quer um pouso forçado em Europa e arriscar manchar um ecossistema alienígena.

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E Europa é o próximo alvo para missões a Júpiter. Uma sonda da NASA está prevista para ser lançada no início dos anos 2020. Ela está programada para voar pelo satélite incrustado de gelo repetidamente. E a Jupiter Icy Moons Explorer da ESA, ou JUICE, está programada para deixar a Terra em junho de 2022. Ela deve chegar a Júpiter em 2030. A JUICE irá estudar as luas potencialmente habitáveis de Júpiter. Ela também irá eventualmente orbitar Ganimedes, a maior lua do Sistema Solar.

Até então, Júpiter está nas mãos de Juno.

E o legado da missão pode se estender além do planeta gigante para abranger aspectos das origens da vida na Terra. Quando a sonda da Galileo mergulhou em Júpiter, ela descobriu que há elementos mais pesados – como carbono e nitrogênio – em sua atmosfera do que no Sol. Esses elementos são ingredientes fundamentais para a vida.

“As coisas que Júpiter mais tem são as coisas do que somos feitos”, diz Bolton. O que aconteceu no início do Sistema Solar para concentrar os blocos de construção da vida no meio dos planetas? “É uma questão profunda”, diz ele. “Eu não estou dizendo que vamos responder essa questão [com Juno], mas vamos pegar um pedaço desse quebra-cabeça.”

Indo para Júpiter

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