O hexágono polar setentrional de Saturno em movimento. Crédito: NASA / JPL-Caltech / SSI / Universidade de Hampton
A longa missão internacional Cassini revelou uma característica surpreendente emergindo no pólo norte de Saturno quando se aproxima do verão: um vórtice aquecido de alta altitude com formato hexagonal, semelhante ao famoso hexágono visto mais abaixo nas nuvens de Saturno. Isso sugere que o hexágono de baixa altitude pode influenciar o que acontece acima, e que poderia ser uma estrutura imponente que mede centenas de quilômetros de altura.
Quando Cassini chegou ao sistema de Saturno em 2004, o hemisfério sul estava aproveitando o verão, enquanto o norte estava no meio do inverno. A espaçonave avistou um vórtice largo, quente e de alta altitude no pólo sul de Saturno, mas nenhum no pólo norte do planeta.
Um novo estudo de longo prazo detectou os primeiros vislumbres de um vórtice polar setentrional que se forma na atmosfera quando o hemisfério norte de Saturno se aproximava do verão. Este vórtice quente fica a centenas de quilômetros acima das nuvens, em uma camada de atmosfera conhecida como estratosfera, e revela uma surpresa inesperada.
" As bordas desse vórtice recém-descoberto parecem ser hexagonais, combinando precisamente com um padrão de nuvens hexagonais famoso e bizarro que vemos mais profundamente na atmosfera de Saturno ", diz Leigh Fletcher, da Universidade de Leicester, principal autora do novo estudo.
" Enquanto esperávamos ver um vórtice de algum tipo no polo norte de Saturno à medida que esquentava, sua forma é realmente surpreendente. Ou um hexágono gerou espontaneamente e identicamente em duas altitudes diferentes, uma mais baixa nas nuvens e outra no alto. estratosfera, ou o hexágono é, de fato, uma estrutura imponente que abrange uma faixa vertical de várias centenas de quilômetros ".
Os níveis de nuvens de Saturno hospedam a maioria do clima do planeta, incluindo o hexágono polar norte pré-existente. Esse recurso foi descoberto pela sonda Voyager da NASA na década de 1980 e tem sido estudado por décadas; é uma onda de longa duração potencialmente ligada à rotação de Saturno, um tipo de fenômeno também observado na Terra em estruturas como o Polar Jet Stream.
Suas propriedades foram reveladas em detalhe pela Cassini, que a observou em múltiplos comprimentos de onda - do ultravioleta ao infravermelho - usando instrumentos como o Composite Infrared Spectrometer (CIRS). No entanto, no início da missão, este instrumento não poderia avançar na estratosfera norte, que tinha temperaturas em torno de -158 graus Celsius - cerca de 20 graus muito frias para observações infravermelhas confiáveis do CIRS - deixando essas regiões de maior altitude relativamente inexploradas por muitos. anos.
" Um ano de Saturno abrange cerca de 30 anos terrestres, de modo que os invernos são longos ", acrescenta a coautora Sandrine Guerlet, do Laboratoire de Météorologie Dynamique, na França.
" Saturno só começou a emergir das profundezas do inverno setentrional em 2009 e gradualmente se aqueceu à medida que o hemisfério norte se aproximava do verão ".
Um processo estranho em jogo dentro da atmosfera de Saturno acelerou esse aquecimento: quando o ar afundou no pólo norte, o hexágono superior aqueceu cada vez mais rápido, e o transporte de ar para baixo fez com que a abundância de várias espécies menores se concentrasse. O aumento da temperatura permitiu que Fletcher e seus colegas estudassem o vórtice polar na luz infravermelha.
" Nós pudemos usar o instrumento CIRS para explorar a estratosfera do norte pela primeira vez, a partir de 2014 ", acrescenta Guerlet. " À medida que o vórtice polar se tornava cada vez mais visível, percebemos que ele tinha bordas hexagonais e percebemos que estávamos vendo o hexágono pré-existente em altitudes muito mais altas do que se pensava anteriormente ".
Mapas de brilho do vórtice estratosférico hexagonal no polo norte de Saturno.
Crédito: NASA / JPL-Caltech / Universidade de Leicester / GSFC / LN Fletcher et al. 2018
Isso indica que os dois pólos de Saturno se comportam de maneira muito diferente - não havia hexágono no pólo sul, seja no topo da nuvem ou acima, quando foi observado no início da missão de Cassini durante o verão do sul. O vórtice do norte também não é nem de longe tão maduro quanto o vórtice meridional, já que é mais frio e exibe diferentes dinâmicas de sua contraparte sul.
" Isso poderia significar que há uma assimetria fundamental entre os pólos de Saturno que ainda precisamos entender, ou pode significar que o vórtice polar norte ainda estava se desenvolvendo em nossas últimas observações e continuou fazendo isso após a morte de Cassini ", acrescenta Fletcher. A missão da Cassini chegou ao fim em setembro de 2017.
The presence of a hexagon way up in Saturn's northern stratosphere, hundreds of kilometres above the clouds, suggests that there is much more to learn about the dynamics at play in the gas giant's atmosphere.
A single, towering hexagonal structure that stretches up through the atmosphere would be unlikely given that wind conditions change considerably with altitude. However, by investigating the atmospheric properties in the northern region, Fletcher and colleagues also determined that waves like the hexagon should be unable to propagate upwards – they should remain trapped in the cloud-tops, as previously thought.
" Uma maneira pela qual a onda 'informação' pode vazar é através de um processo chamado evanescence, onde a força de uma onda decai com a altura, mas é forte o suficiente para persistir na estratosfera ", explica Fletcher. " Simplesmente precisamos saber mais. É bastante frustrante descobrirmos apenas este hexágono estratosférico no final da vida útil da Cassini ."
Entender como e por que o vórtice polar norte de Saturno assumiu uma forma hexagonal irá lançar luz sobre como fenômenos mais profundos em uma atmosfera podem influenciar o ambiente no alto, algo que é de particular interesse para os cientistas que tentam descobrir como a energia é transportada atmosferas planetárias.
Espera-se que a região polar norte de Saturno continue se desenvolvendo nos próximos anos; o hemisfério norte passou o solstício de verão em maio de 2017 e está a caminho de seu equinócio de outono em 2024.
" O hexágono do norte de Saturno é uma característica icônica de um dos membros mais carismáticos do Sistema Solar, então descobrir que ele ainda tem grandes mistérios é muito emocionante ", diz Nicolas Altobelli, Cientista do Projeto ESA para a missão Cassini-Huygens.
" A sonda Cassini continuou a fornecer novos insights e descobertas até o final. Sem uma espaçonave capaz como a Cassini, esses mistérios permaneceriam inexplorados. Isso mostra exatamente o que pode ser realizado por uma equipe internacional enviando um sofisticado explorador robótico a um destino anteriormente inexplorado - com resultados que continuam fluindo mesmo quando a própria missão terminou . "
NOTAS PARA EDITORES
O artigo " Um hexágono na estratosfera do norte de Saturno cercando o vórtice polar de verão emergente " por LN Fletcher et al. é publicado na Nature Communications . doi: 10.1038 / s41467-018-06017-3.
O investigador principal do Espectrômetro de Infravermelho Composto da Cassini (CIRS) é Michael Flasar (NASA / GSFC, EUA).
A Cassini-Huygens é um projeto cooperativo da NASA, ESA e ASI, a agência espacial italiana. Mais informações sobre a missão podem ser encontradas aqui .
Este estudo foi parcialmente apoiado pelo Conselho Europeu de Pesquisa Consolidator Grant GIANTCLIMES .
Maiores informacoes
Leigh Fletcher
Universidade de Leicester, Reino Unido
Telefone: 0116 252 3585
Email: leigh.fletcher @le.ac.uk
Sandrine Guerlet
Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD), França
Email: sandrine.guerlet @lmd.jussieu.fr
Nicolas Altobelli
ESA Cassini-Huygens Projeto Cientista
Agência Espacial Europeia
Telefone: +34 91 813 1201
Email: nicolas.altobelli @esa.int
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