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Atmosfera de excitação com astrónomos europeus a estudarem o clima noutros planetas

Atmosfera de excitação com astrónomos europeus a estudarem o clima noutros planetas

A meteorologia e o clima de outros planetas têm características invulgares, mas os astrónomos planetários pensam que o JWST poderá descobrir pistas para ajudar a responder à questão fundamental "de onde vimos?".

O Telescópio Espacial James Webb (JWST), lançado no dia de Natal de 2021, está já a transformar a nossa compreensão dos planetas do nosso Sistema Solar e muito para além dele. Da sua posição orbital a 1,5m km da Terra, o JWST (um observatório de satélite versátil) tem uma visão desimpedida à sua volta. Isto dá-lhe uma grande vantagem sobre os telescópios terrestres que têm de espreitar para o espaço através da atmosfera nebulosa da Terra.

O JWST recolhe cinco vezes mais luz do que o Telescópio Espacial Hubble (HST), permitindo-lhe detetar sinais ténues de mundos distantes usando as suas capacidades espetroscópicas.

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"Antes do Telescópio Espacial James Webb, conseguíamos observar apenas um número muito pequeno de moléculas, tais como água, monóxido de carbono e sódio", disse Jérémy Leconte, astrofísico da Universidade de Bordeaux em França.

Missões e observações anteriores a partir da Terra tinham já descoberto milhares de exoplanetas (fora do nosso Sistema Solar) e os astrónomos estão agora a tirar partido das capacidades únicas do JWST para estudar os blocos de construção da vida no Universo.

Céus alienígenas

No início deste ano, o telescópio James Webb permitiu aos astrofísicos observar um exoplaneta em torno de uma estrela semelhante ao Sol, a 700 anos-luz de distância. A luz estelar que passa pela atmosfera deste planeta quente semelhante a Júpiter, o WASP-39b, dá aos astrónomos uma visão sobre a química dos céus alienígenas.

Da Terra, os telescópios têm dificuldade em observar o dióxido de carbono nos exoplanetas, já que têm de olhar através do CO2 presente na atmosfera desses planetas. O observatório JWST permite detetar uma maior variedade de moléculas, incluindo dióxido de carbono, nos céus do WASP-39b. A presença de dióxido de carbono na atmosfera pode indicar a existência de vida orgânica no planeta.

"Isto é algo totalmente novo", disse Leconte. "Temos mesmo de observar os planetas à volta de estrelas que estão perto de nós. É a nossa melhor oportunidade de caracterizar as suas atmosferas."

Este astrofísico está particularmente interessado em sete planetas rochosos que orbitam a estrela anã TRAPPIST-1, a 40 anos-luz de distância, e em especial nas suas atmosferas. Estes planetas estão na zona habitável, o que significa que têm as temperaturas certas para que a água permaneça líquida.

Normalmente, quando os cientistas fazem previsões sobre a atmosfera de um exoplaneta, assumem que é homogénea, ou seja, que existem as mesmas condições em toda a sua superfície. É pouco provável que seja assim. Leconte desenvolveu um simulador 3-D (como parte do projeto WHIPLASH financiado pelo programa Horizonte Europa) para executar testes em planetas simulados com características conhecidas, tais como a presença de água em estado líquido. Utilizar planetas simulados para

executar estes testes é como ter as respostas no verso de um livro de matemática: os testes podem ser executados e as respostas que os modelos fornecem podem ser comparadas com as características conhecidas.

Muitos mais milhares de exoplanetas serão provavelmente descobertos nos próximos anos, incluindo os encontrados utilizando o novo telescópio espacial. Os cientistas querem saber se os seus modelos podem oferecer perceções rigorosas. Algumas das respostas a perguntas sobre exoplanetas distantes podem estar perto de casa no Sistema Solar, nos quatro maiores planetas:Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno. A missão orbital Juno proporcionou imagens espetaculares de Júpiter, enquanto a nave espacial Cassini revelou detalhes sobre o planeta Saturno. Anteriormente, as naves espaciais Voyager 2 tinham já enviado imagens das respetivas atmosferas ao passar por Neptuno e Urano.

"Captámos imagens gloriosas destes planetas, com todos aqueles sistemas de tempestades rodopiantes e riscas de cores, que são padrões de circulação meteorológica em grande escala», afirmou o cientista planetário Leigh Fletcher da Universidade de Leicester, "Mas é apenas uma fotografia das suas atmosferas e clima num determinado momento no tempo".

Quatro gigantes

Para compreender os padrões climáticos e meteorológicos, Fletcher lidera um projeto chamado GIANTCLIMES que juntou peças dispersas do puzzle das suas atmosferas em constante mudança. Utilizaram observações anteriores de telescópios na Terra para compreender os ciclos naturais nos quatro planetas gigantes ao longo de muitas décadas. Este trabalho preparou o terreno para os tão esperados novos mapas destes mundos produzidos pelo JWST.

Urano e Neptuno são os planetas mais distantes do Sistema Solar e estes chamados "gigantes do gelo" mantêm o seu ar de mistério. São compostos principalmente de hidrogénio, hélio e outros gases como o metano.

"Há tanto potencial para novas descobertas (com estes dois planetas)", disse Fletcher. "Sabemos pouco sobre o funcionamento das atmosferas destes gigantes do gelo em comparação com os gigantes do gás mais estudados (Júpiter e Saturno)".

Neve de metano

Entretanto, Saturno é conhecido por ter enormes sistemas de tempestades, e Neptuno pode ter tempestades de neve de metano. A variável chave nos padrões climáticos é sempre a temperatura, com temperaturas geladas nos distantes Neptuno e Urano.

Já houve progressos com a publicação dos primeiros mapas de temperaturas atmosféricas elevadas na estratosfera de Urano. Isto revelou surpreendentes sistemas de circulação sazonal e pontos brilhantes sobre os polos.

Prevê também que os planetas gigantes, frequentemente inclinados sobre o seu eixo, têm estações extremamente longas. "Vemos estações do ano a modular as temperaturas atmosféricas, as nuvens e as precipitações, tal como vemos no planeta Terra", disse Fletcher, "mas também vemos ciclos naturais regulares na atmosfera que não são sazonais. Estamos apenas a começar a compreender o tempo nos planetas gigantes."

Além disso, a atmosfera de Neptuno mostrou enormes tempestades e atividade meteorológica, mas a equipa ficou surpreendida com a descoberta de que o planeta parece ter arrefecido durante o verão, em vez de ter aquecido.

O projeto GIANTCLIMES é um apoio à chegada do JWST. O novo telescópio já observou Júpiter, e num futuro próximo irá virar-se para Urano e Saturno, e depois Neptuno no início de 2023, permitindo comparações entre estes planetas.

"O que queremos realmente compreender é como funciona o clima de cada um destes quatro mundos", disse Fletcher. Esperamos que ofereça mais informações sobre os ciclos naturais da variabilidade climática detetados em Júpiter, Saturno, Urano e Neptuno. Os seus extremos poderiam mesmo dizer-nos mais sobre os padrões climáticos e meteorológicos da própria Terra.

Vida alienígena

Os estudos dos quatro gigantes são também relevantes para a investigação exoplanetária. "Temos diversas atmosferas planetárias no nosso Sistema Solar que formam um modelo para o que poderíamos esperar ver à volta de outras estrelas", afirma Fletcher, com entusiasmo.

"Talvez estes alvos exoplanetários tenham ciclos naturais semelhantes, e o objetivo final é tentar ter uma previsão meteorológica ou previsão climática para todos os planetas, e não apenas para os do nosso Sistema Solar", concluiu Fletcher.

O JWST permitirá aos cientistas uma melhor visão dos céus dos planetas nos longínquos confins do Sistema Solar, mas também de mundos a anos-luz de distância, alguns dos quais poderão ser rodeados por atmosferas protetoras e condições terrestres propícias à vida extraterrestre.

"Dois campos do saber estão a avançar rapidamente em astrofísica: os exoplanetas e a cosmologia, o que realmente se resume à questão de Deus e da vida, portanto, de onde vem o Universo e de onde viemos nós", disse Leconte.

A investigação neste artigo foi financiada pela UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE. 

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