Novas observações feitas pela sonda Juno estão alterando teorias sobre as auroras de Júpiter

Júpiter possui a maior e mais poderosa aurora do Sistema Solar. Por mais espetacular que ela seja, no entanto, muito pouco se sabe sobre essas bailarinas de luz do sul e do norte. Uma pesquisa recente da nave espacial Juno da NASA está fornecendo novas evidências sobre as auroras de Júpiter – e está se tornando cada vez mais claro que elas não são nada do que esperávamos.

Uma nova pesquisa publicada na Nature está expandindo – e dramaticamente alterando – a nossa compreensão de como as auroras de Júpiter funcionam. Antes do novo estudo, os cientistas assumiram que as luzes do Sul e do Norte de Júpiter operam de acordo com os mesmos processos que produzem as fortes aurora na Terra, mas novos dados da sonda espacial Juno sugerem que este não é o caso. Ao contrário do nosso planeta, onde as auroras polares são acionadas pela aceleração de elétrons, as em Júpiter são provocadas por elétrons presos no enorme campo magnético do planeta. O novo estudo, porém, levanta tantas perguntas quanto responde, mas os cientistas estão finalmente começando a obter algum controle sobre os complexos processos que produzem auroras sobre os gigantes gasosos.

Aurora no pólo sul de Júpiter, como foi vista por Juno. As cores representam diferentes pontos fortes de comprimento de onda dos elétrons que atingem a atmosfera, onde o vermelho é alta e o azul é baixa. A estranha faixa auroral no canto superior esquerdo é causada pela lua de Júpiter Io. (Imagem: G. Randy Gladstone)

“Durante décadas a nossa compreensão das emissões aurorais de Júpiter dependiam quase que inteiramente de observações remotas, como imagens captadas com o Telescópio Espacial Hubble, e argumentos teóricos, que são baseados em estudos da aurora na Terra”, disse Marissa Vogt, pós-doutoranda no BU Center for Space Physics que não estava envolvida no novo estudo, em entrevista ao Gizmodo. “Sabíamos que Júpiter tem as mais brilhantes emissões aurorais no sistema solar e que as auroras são muito dinâmicas e tem várias características que são diferentes das auroras da Terra… No entanto, nunca tínhamos observado diretamente os processos responsáveis pela produção das emissões aurorais de Júpiter “.

Estas últimas observações foram possíveis graças a sonda Juno da NASA, que recentemente realizou um voo sobre o pólo norte do planeta. Os dados recolhidos pelo instrumento espectrógrafo ultravioleta (UVS) da nada mostram que algumas coisas estranhas estão acontecendo na atmosfera de Júpiter, e que temos muito a aprender sobre como os planetas interagem com seus ambientes de sua própria maneira.

Um GIF mostrando uma série de imagens de aurora do norte de Júpiter, na época do estudo, tiradas a cada 15 minutos com o Juno espectrógrafo ultravioleta (UVS) no hemisfério norte. (Imagem G. Randy Gladstone)

As Auroras de Júpiter são poderosas, para dizer o mínimo. O campo magnético do gigante gasoso, cuja totalidade é conhecida como magnetosfera, é dez vezes mais forte que o da Terra. Ele também gira incrivelmente rápido, completa uma volta em cerca de 10 horas. Além do mais, a lua de Júpiter, Io, irrompe com bastante frequência, ejetando toneladas de material, ou seja, plasma, para o espaço que se transforma em partículas carregadas. A magnetosfera de Júpiter é, portanto, rápida e cheia de plasma, criando um ambiente que é caracteristicamente diferente do visto na Terra. O plasma e as partículas carregadas girando em torno de Júpiter resultam em auroras poderosas no gigante gasoso.

No entanto, os cientistas acreditavam que as auroras de Júpiter eram produzidas por processos semelhantes aos que produzem emissões aurorais fortes na Terra. O novo estudo, liderado por Barry Mauk da Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, deixa claro que as auroras de Júpiter andam em um ritmo completamente diferente.

Auroras na Terra são produzidas por interações entre partículas carregadas pelo Sol e sua entrada na atmosfera, mas os processos que produzem as luzes do sul e do norte são de duas variedades, fortes e fracos. No caso forte, auroras intensas ou “discretas” são produzidas pela aceleração dos elétrons dentro da magnetosfera, já nos casos fracos são geradas a partir da dispersão de elétrons magneticamente presos.

“A aurora principal relativamente estável de Júpiter tem uma densidade de potência que é muito maior que a da Terra, por isso acreditávamos que ela deveria ser gerada principalmente pelo processo auroral discreto”, afirmam os autores do novo estudo. Mas os dados de Juno não ofereceram qualquer prova em apoio desta hipótese. Para sermos justos, Juno encontrou vestígios de elétrons acelerados, mas eles não parecem estar contribuindo para a aurora intensa. Em vez disso, Juno mostrou que evidências dos mesmos processos que produzem auroras mais fracas na Terra contribuem para auroras em Júpiter.

Duas versões da aurora do norte de Júpiter. A da esquerda é uma imagem de cor falsa com base em intensidade, enquanto na direita estão sobrepostas três intensidades de onda diferentes. (Imagem: G. Randy Gladstone e Bertrand Bonfond).

Até agora, com outras sondas viajando para mais longe de Júpiter em trajetórias próximas ao plano equatorial, como Galileo, os cientistas não tinham acesso a estas áreas de aceleração das auroras na região magnetosfera polar, os forçando a usar modelos teóricos para preencher a diferença entre o plano equatorial e a atmosfera de Júpiter. Estes modelos, diz Denis Grodent, diretor de ciências espaciais, Tecnologias e Pesquisa Astrofísica (STAR) da Universidade de Liège, foram em grande parte influenciados pelo nosso conhecimento atual da aurora terrestre.

“Tivemos de fazer suposições para Júpiter, e o que este artigo na Nature está mostrando é que, quanto a isso, estávamos (em parte) errados”, Grodent disse ao Gizmodo. “O estudo mostra especificamente que os processos estocásticos são dominantes sobre os processos estáveis, ao contrário da Terra onde os processos estáveis criam a aurora mais brilhante.” Por “estocástico”, ele está se referindo a processos caóticos e muito imprevisíveis que acontecem dentro da magnetosfera de Júpiter.

Uma reconstrução da jornada de Juno em torno dos pólos. (Imagem: Bertrand Bonfond)

“Estamos esperando, até mesmo sonhando com esses resultados há mais de uma década”, disse Grodent, que não estava envolvido no novo estudo. “Este é um dos principais temas que motivaram a missão Juno. A especificidade de Juno é que, ao contrário de todos os outros veículos espaciais, que estão voando em uma órbita polar com o ponto mais próximo do planeta passando pela parte superior da atmosfera de Júpiter e voando através da região de aceleração de partículas carregadas (principalmente elétrons) que dão origem à aurora.” Grodent diz que esta é a primeira vez que os cientistas foram capazes de realizar essa investigação, e que os resultados estão os forçando a rever o que eles tomavam como certo. “Este é um passo importante”, disse ela.

Vogt concorda, dizendo que Juno está recolhendo as primeiras medições de energia e outras propriedades das partículas que quebram na atmosfera superior de Júpiter, assim produzindo as auroras.

“Estas medições são importantes porque elas podem ser comparadas às nossas expectativas de modelos teóricos e cálculos”, disse ela. “Juno também está fazendo as nossas primeiras medições do campo magnético na região polar da magnetosfera de Júpiter. Estas medidas são importantes porque elas podem nos dizer sobre o interior profundo do planeta, assim como a magnetosfera e aurora”. Deixando toda esta informação nova e maravilhosa um pouco de lado, Vogt diz que o novo estudo levanta um monte de perguntas novas. Especificamente, ela gostaria de saber por que os dados dos mais recentes voos parecem diferentes das primeiras medições feitas por Juno no início deste ano. Além disso, este estudo mostra algumas semelhanças entre os dados de Juno e medições feitas das auroras na Terra, que para Vogt significa que nós não entendemos completamente o alcance que os mesmos processos físicos estão operando em ambos os planetas.

“Claramente, as auroras de Júpiter estão cheias de surpresas e eu estou ansiosa para ver mais destes fantásticos dados de Juno conforme a missão continuar”, disse Vogt.

Image de topo: Hubble Space Telescope

[Nature]