Um close das duas plumas brancas brilhantes (centro) no Cinturão Equatorial Sul de Júpiter e uma grande perturbação a jusante à sua direita. (Imagem de Imke de Pater, UC Berkeley; Robert Sault, Universidade de Melbourne; Chris Moeckel, UC Berkeley; Michael Wong, UC Berkeley; Leigh Fletcher, Universidade de Leicester)
Nuvens de tempestade profundamente enraizadas na atmosfera de Júpiter estão afetando as zonas brancas do planeta e os cinturões coloridos, criando perturbações em seu fluxo e até mudando sua cor.
Graças a observações coordenadas do planeta em janeiro de 2017 por seis telescópios ópticos e de rádio terrestres eo Telescópio Espacial Hubble da NASA, astrônomos e astrônomos da Universidade da Califórnia, em Berkeley, conseguiram rastrear os efeitos dessas tempestades - visíveis como brilhantes plumas acima das nuvens de gelo de amônia do planeta - nos cintos em que aparecem.
As observações acabarão por ajudar os cientistas planetários a entender a complexa dinâmica atmosférica em Júpiter, que, com sua Grande Mancha Vermelha e faixas coloridas tipo bolo-bolo, fazem dela uma das mais belas e mutáveis dos planetas gigantes de gás no sistema solar.
Uma dessas plumas foi notada pelo astrônomo amador Phil Miles, na Austrália, alguns dias antes das primeiras observações do Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) no Chile, e fotos capturadas uma semana depois pelo Hubble mostraram que a pluma gerou uma segunda pluma e deixou um distúrbio a jusante na faixa de nuvens, o Cinturão Equatorial do Sul. As plumas ascendentes então interagiram com os fortes ventos de Júpiter, que estenderam as nuvens a leste e a oeste de seu ponto de origem.
Três meses antes, quatro pontos brilhantes foram vistos ligeiramente ao norte do Cinturão Equatorial do Norte. Embora essas plumas tivessem desaparecido em 2017, desde então o cinturão se alargara para o norte, e sua borda setentrional havia mudado de cor, de branco para marrom alaranjado.
"Se essas plumas são vigorosas e continuam a ter eventos convectivos, elas podem perturbar uma dessas bandas inteiras ao longo do tempo, embora isso possa levar alguns meses", disse a líder do estudo Imke de Pater, uma professora de astronomia da UC Berkeley. “Com essas observações, vemos uma pluma em andamento e os efeitos posteriores dos outros”.
A análise das plumas corrobora a teoria de que elas se originam cerca de 80 quilômetros abaixo das nuvens em um local dominado por nuvens de água líquida. Um artigo descrevendo os resultados foi aceito para publicação no Astronomical Journal e agora está online .
Na estratosfera
A atmosfera de Júpiter é principalmente hidrogênio e hélio, com vestígios de metano, amônia, sulfeto de hidrogênio e água. A camada de nuvens mais alta é composta de gelo de amônia e compreende os cinturões marrons e as zonas brancas que vemos a olho nu. Abaixo desta camada de nuvem externa fica uma camada de partículas sólidas de hidrosulfito de amônio. Mais profundamente, a cerca de 80 quilômetros abaixo do topo da nuvem, há uma camada de gotículas de água líquida.
A visão do ALMA sobre Júpiter em comprimentos de onda de rádio (em cima) e a visão do Telescópio Espacial Hubble em luz visível (embaixo). A erupção no Cinturão Equatorial do Sul é visível em ambas as imagens: um ponto escuro no rádio, um ponto brilhante no visível. (Imagem de ALMA por Imke de Pater e S. Dagnello; imagem de Hubble cortesia da NASA)
As nuvens de tempestade de Pater e sua equipe estudada aparecem nos cinturões e zonas como plumas brilhantes e se comportam de maneira muito parecida com as nuvens cumulonimbus que precedem as trovoadas na Terra. As nuvens de tempestade de Júpiter, como as da Terra, são frequentemente acompanhadas de raios.
Observações ópticas não podem ver abaixo as nuvens de amônia, no entanto, de Pater e sua equipe foram sondando mais profundamente com radiotelescópios, incluindo o ALMA e também o Very Large Array (VLA) no Novo México, que é operado pela National Science Foundation. Observatório Nacional de Radioastronomia.
As primeiras observações da matriz ALMA de Júpiter foram entre 3 e 5 de janeiro de 2017, alguns dias depois que uma dessas plumas brilhantes foi vista por astrônomos amadores no Cinturão Equatorial Sul do planeta. Uma semana depois, os observatórios Hubble, VLA, Gemini, Keck e Subaru, no Havaí, e o Very Large Telescope (VLT), no Chile, capturaram imagens nas faixas visível, rádio e infravermelho médio.
De Pater combinou as observações do rádio ALMA com os outros dados, focalizando especificamente a tempestade recém-formada enquanto perfurava as nuvens do convés superior do gelo de amônia.
Os dados mostraram que essas nuvens de tempestade chegaram tão altas quanto a tropopausa - a parte mais fria da atmosfera - onde se espalharam muito parecido com as nuvens cumulonimbus em forma de bigorna que geram raios e trovões na Terra.
“Nossas observações do ALMA são as primeiras a mostrar que altas concentrações de gás de amônia são geradas durante uma erupção energética”, disse Pater.
Imagem do ALMA mostrando a distribuição de gás de amônia abaixo do baralho de nuvens de Júpiter. (Imagem ALMA de I. de Pater e S. Dagnello)
As observações são consistentes com uma teoria, chamada convecção úmida, sobre como essas plumas se formam. De acordo com essa teoria, a convecção traz uma mistura de amônia e vapor d'água alta o suficiente - cerca de 80 quilômetros abaixo do topo das nuvens - para que a água se condense em gotículas líquidas. A água de condensação libera o calor que expande a nuvem e a eleva rapidamente através de outras camadas de nuvens, quebrando as nuvens de gelo de amônia no topo da atmosfera.
O impulso da pluma carrega a superalimentada nuvem de amônia acima das nuvens de amônia existentes até que a amônia congele, criando uma brilhante pluma branca que se destaca contra as faixas coloridas que cercam Júpiter.
“Nós tivemos muita sorte com esses dados, porque eles foram tirados apenas alguns dias depois que astrônomos amadores encontraram uma pluma brilhante no Cinturão Equatorial do Sul”, disse de Pater. "Com o ALMA, observamos todo o planeta e vimos essa pluma, e, como o ALMA inspeciona abaixo das camadas de nuvens, podemos ver o que estava acontecendo abaixo das nuvens de amônia."
O Hubble tirou fotos uma semana após o ALMA e capturou dois pontos brilhantes separados, o que sugere que as plumas se originam da mesma fonte e são levadas para o leste pelo jato de alta altitude, levando a grandes perturbações vistas no cinturão.
Uma ilustração de "convecção úmida" na atmosfera de Júpiter mostra uma pluma ascendente originada a cerca de 80 quilômetros abaixo do topo das nuvens, onde a pressão é cinco vezes maior do que na Terra (5 bar) e subindo por regiões onde a água se condensa, formas de hidrossulfeto de amônio e amônia. congela como gelo, logo abaixo do ponto mais frio da atmosfera, a tropopausa. (Adaptado da ilustração de Leigh Fletcher, Universidade de Leicester)
Coincidentemente, três meses antes, plumas brilhantes foram observadas ao norte do Cinturão Equatorial do Norte. As observações de janeiro de 2017 mostraram que esse cinturão havia se expandido em largura, e a faixa onde as plumas foram vistas pela primeira vez mudou de branco para laranja. De Pater suspeita que a expansão para o norte do cinturão equatorial do norte é resultado do gás das plumas depletadas de amônia caindo de volta na atmosfera mais profunda.
O colega e coautor de De Pater, Robert Sault, da Universidade de Melbourne, na Austrália, usou um software especial para analisar os dados do ALMA para obter mapas de rádio da superfície comparáveis às fotos de luz visível feitas pelo Hubble.
"A rotação de Júpiter uma vez a cada 10 horas geralmente confunde mapas de rádio, porque esses mapas levam muitas horas para serem observados", disse Sault. “Além disso, por causa do tamanho grande de Júpiter, tivemos que 'explorar' o planeta, para que pudéssemos fazer um grande mosaico no final. Nós desenvolvemos uma técnica para construir um mapa completo do planeta ”.
Entre os co-autores do artigo com de Pater e Sault estão os alunos de pós-graduação Chris Moeckel e Charles Goullaud e os astrônomos de pesquisa Michael Wong e David DeBoer, todos da UC Berkeley, e Bryan Butler do National Radio Astronomy Observatory. Cada um estava envolvido na obtenção e análise dos dados do Hubble, Gemini, ALMA e VLA. Os dados do VLT foram contribuídos por Leigh Fletcher e Padraig Donnelly da University of Leicester no Reino Unido, enquanto Glenn Orton e James Sinclair do Jet Propulsion Laboratory na Califórnia e Yasuma Kasaba da Tokyo University no Japão forneceram os dados do SUBARU. Gordon Bjoraker, do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA, em Maryland, e Máté Ádámkovics, da Universidade Clemson, na Carolina do Sul, analisaram os dados do Keck.
O trabalho foi apoiado por um prêmio de Astronomia Planetária da NASA (NNX14AJ43G) e um prêmio Observações do Sistema Solar (80NSSC18K1001).
Fonte - UC Berkeley
Uma imagem de rádio de Júpiter capturada pelo Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA). Nesses comprimentos de onda, as bandas brilhantes indicam altas temperaturas e correspondem aos cinturões marrons em imagens visíveis. As faixas escuras, que são chamadas de zonas e geralmente são brancas em luz visível, são áreas de baixas temperaturas ou regiões opacas na atmosfera de Júpiter. Essas imagens registram nuvens de 40 a 50 quilômetros abaixo da plataforma de nuvens superior do planeta. (Imagem ALMA de Imke de Pater, UC Berkeley, Robert Sault, Universidade de Melbourne)
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