Júpiter, o planeta mais massivo do sistema solar, possui tempestades igualmente gigantescas, algumas das quais duram séculos. De acordo com um novo estudo de cientistas da Universidade da Califórnia, em Berkeley, essas tempestades também geram raios formidáveis. Alguns desses relâmpagos são 100 vezes mais potentes do que os da Terra — e possivelmente muito mais fortes.
Os resultados vêm da análise de dados da sonda Juno, da NASA, que orbita o planeta desde 2016 e escaneia a atmosfera com seu radiômetro de micro-ondas, capaz de detectar emissões de rádio de relâmpagos, semelhantes à interferência de rádio gerada por raios na Terra. As micro-ondas estão na extremidade de alta frequência do espectro de rádio.
O estudo de tempestades em outros planetas lança luz sobre as tempestades em nosso próprio planeta, que ainda não são totalmente compreendidas, disse o autor principal, Michael Wong, cientista planetário do Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley. O estudo foi publicado em 20 de março na revista AGU Advances.
“Há tanta coisa que não sabemos sobre raios na Terra”, afirmou ele, observando que, na última década, os cientistas descobriram vários novos tipos de “eventos luminosos transitórios” associados a tempestades na Terra. Esses TLEs (na sigla em inglês) — fenômenos elétricos de milissegundos na troposfera acima de grandes tempestades — incluem sprites, jatos, halos e um fenômeno chamado ELVEs.
Em Júpiter, os relâmpagos “nos informam sobre a convecção, que é como a atmosfera se agita e transporta calor das camadas mais profundas”, disse Wong. “A convecção opera de forma um pouco diferente na Terra e em Júpiter porque Júpiter tem uma atmosfera dominada por hidrogênio, então o ar úmido é mais pesado e mais difícil de ser levado para cima.”
O ar na Terra é composto principalmente de nitrogênio, que é mais pesado que a água, então a adição de água torna o ar úmido mais leve (mais flutuante). O ar úmido mais pesado em Júpiter não só significa que é necessária muito mais energia para a tempestade subir, mas também que a tempestade libera muito mais energia quando atinge o topo da atmosfera, resultando em altas velocidades do vento e relâmpagos intensos entre nuvens.
Segundo Wong, quase todas as sondas espaciais que passaram por Júpiter detectaram relâmpagos, principalmente porque os clarões se destacam no lado noturno do planeta como um vagalume no escuro. Com base em dados de missões anteriores, que só conseguiam detectar clarões no lado escuro superpotentes, Júpiter ganhou a reputação de ter relâmpagos mais potentes do que os da Terra. Isso durou até que uma câmera altamente sensível para rastreamento de estrelas a bordo da Juno levantou dúvidas, detectando numerosos clarões mais fracos, semelhantes aos da Terra. O problema com a imagem noturna em geral é que as nuvens podem bloquear a visão dos relâmpagos e dificultar a determinação de sua verdadeira potência óptica, explicou Wong.
O instrumento principal da Juno, um radiômetro de micro-ondas, forneceu uma maneira mais precisa de medir a potência dos relâmpagos, sem ser afetado pelas nuvens obscuras na atmosfera de Júpiter. Embora o instrumento não tivesse sido projetado para estudar relâmpagos, o radiômetro apontado para baixo pode detectar emissões de micro-ondas de tempestades próximas.
Mas as tempestades em Júpiter frequentemente ocorrem simultaneamente em cinturões que circundam o planeta, dificultando a identificação de qual tempestade produziu o relâmpago. E, sem uma localização precisa da tempestade, é impossível determinar a potência dos raios usando apenas medições de micro-ondas. Wong comparou isso a ouvir uma série de estalos em um desfile de Ano Novo Chinês sem saber se era pipoca estourando a poucos metros ou fogos de artifício a um quarteirão de distância.
Felizmente, em 2021 e 2022, houve uma pausa nas tempestades no Cinturão Equatorial Norte, e Wong conseguiu se concentrar em uma única grande tempestade por vez, identificando sua localização usando o Telescópio Espacial Hubble, a câmera da Juno e imagens compartilhadas por astrônomos amadores. Ele se referiu a elas como “super tempestades furtivas”. Como verdadeiras supertempestades, seu padrão de atividade persistiu por meses e transformou globalmente a estrutura das nuvens ao redor. Mas, ao contrário das supertempestades verdadeiras, suas torres de nuvens atingiam apenas as alturas modestas de tempestades pequenas. “Como tínhamos uma localização precisa, pudemos simplesmente dizer: ‘OK, sabemos onde está. Estamos medindo diretamente a potência'”, disse ele.
A Juno fez 12 passagens sobre tempestades isoladas durante esse período e chegou perto o suficiente em quatro delas para medir a estática de micro-ondas dos relâmpagos. Os clarões tiveram uma média de três por segundo durante essas passagens; em um sobrevoo, a Juno detectou 206 pulsos separados de radiação de micro-ondas. De um total de 613 pulsos medidos, Wong calculou que a potência variou de cerca da de um raio na Terra a 100 vezes ou mais a potência de um raio terrestre. Como ele comparou as emissões de rádio de raios na Terra em um comprimento de onda com as emissões de Júpiter em um comprimento de onda diferente, há alguma incerteza na comparação, alertou Wong. Com base em um estudo das emissões de rádio de raios na Terra, os relâmpagos de Júpiter poderiam ter sido um milhão de vezes mais potentes do que os da Terra.
Traduzir a potência de micro-ondas em um relâmpago para potência total não é simples, observou a coautora Ivana Kolmašová, física espacial da Universidade Charles, em Praga, na República Tcheca, e membro da Academia Tcheca de Ciências. O relâmpago não emite apenas em comprimentos de onda de rádio e ópticos, mas também gera energia térmica, acústica e química. Na Terra, estima-se que um único raio libere cerca de 1 gigaJoule de energia total, ou um bilhão de Joules: o suficiente para alimentar 200 residências médias por uma hora. Wong estima que a energia em um raio de Júpiter chega a até 500 e, possivelmente, até 10.000 vezes a de um raio terrestre.
É provável que os relâmpagos sejam gerados de forma semelhante aos da Terra, onde o vapor d’água ascendente se condensa em gotículas líquidas e cristais de gelo que ficam eletricamente carregados, levando a grandes diferenças de voltagem entre nuvens ou entre nuvens e o solo. É por isso que as tempestades na Terra estão associadas ao granizo. Em Júpiter, embora o vapor d’água alimente a ascensão das nuvens de tempestade para a atmosfera superior, os cristais de gelo carregados são feitos de água e amônia. Uma teoria é que a água e a amônia se combinam para formar “bolas de neve sujas” (mushballs) que caem como granizo líquido.
Embora relâmpagos mais poderosos impliquem voltagens mais altas entre as nuvens, os detalhes de como eles são gerados em Júpiter em comparação com a Terra permanecem um mistério, disse Wong. “É aí que os detalhes começam a ficar interessantes, onde você pode perguntar: ‘A diferença crucial poderia ser atmosferas de hidrogênio versus nitrogênio, ou poderia ser que as tempestades são mais altas em Júpiter e, portanto, envolvem distâncias maiores?'”, disse ele. As tempestades de Júpiter têm mais de 100 quilômetros de altura, em comparação com 10 quilômetros na Terra. “Ou poderia ser que haja mais energia disponível porque, com a convecção úmida em Júpiter, há um acúmulo maior de calor necessário antes que você possa gerar a tempestade para criar os relâmpagos?”, acrescentou. “É uma área ativa de pesquisa.”
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