terça-feira, 22 de agosto de 2017

As previsões meteorológicas das anãs marrons

Os objetos fracos a que chamamos anãs marrons, menos massivas que o Sol mas mais massivas que Júpiter, têm ventos e nuvens poderosas, irregulares e quentes feitas de gotículas de ferro e poeira de silicato.

animação de uma anã marrom com bandas de nuvens

© NASA/JPL-Caltech (animação de uma anã marrom com bandas de nuvens)

Os cientistas perceberam recentemente que estas nuvens gigantes podem mover-se e engrossar ou diminuir surpreendentemente depressa, em menos de um dia terrestre, mas não entendiam porquê.

Agora, um novo modelo explica como as nuvens se movem e mudam de forma nas anãs marrons, usando informações do telescópio espacial Spitzer da NASA. Ondas gigantes provocam movimento em grande escala de partículas nas atmosferas das anãs marrons, alterando a espessura das nuvens de silicato. O estudo também sugere que estas nuvens estão organizadas em bandas confinadas em diferentes latitudes, viajando com diferentes velocidades em bandas diferentes.

"Esta é a primeira vez que vemos bandas atmosféricas e ondas nas anãs marrons," comenta Daniel Apai, professor associado de astronomia e ciências planetárias na Universidade do Arizona em Tucson, EUA.

Tal como nos oceanos da Terra, tipos diferentes de ondas podem formar-se nas atmosferas planetárias. Por exemplo, na atmosfera da Terra, ondas muito longas misturam ar frio das regiões polares para latitudes médias, o que muitas vezes leva à formação ou dissipação de nuvens.

As distribuições e os movimentos das nuvens das anãs marrons neste estudo são mais parecidos com aqueles observados em Júpiter, Saturno, Urano e Netuno. O planeta Netuno tem estruturas de nuvens que também seguem bandas, mas as suas nuvens são feitas de gelo. As observações de Netuno pelo Kepler da NASA, operando na sua missão K2, foram importantes nesta comparação entre o planeta e as anãs marrons.

"Os ventos atmosféricos das anãs marrons parecem ser mais como os padrões familiares e regulares de cinturões e zonas de Júpiter do que a 'fervura' atmosférica e caótica vista no Sol e em muitas outras estrelas," comenta Mark Marley, do Ames Research Center da NASA em Silicon Valley, no estado norte-americano da Califórnia.

Equiparamos as anãs marrons a estrelas falhadas porque são demasiado pequenas para fundir elementos químicos nos seus núcleos. Também podemos pensar nelas como "superplanetas" porque são mais massivas que Júpiter, mas têm aproximadamente o mesmo diâmetro. Tal como os planetas gigantes e gasosos, as anãs marrons são constituídas principalmente por hidrogênio e hélio, mas encontram-se muitas vezes separadas de qualquer sistema planetário. Num estudo de 2014 usando o Spitzer, os cientistas descobriram que as anãs marrons normalmente têm tempestades atmosféricas.

Devido à sua semelhança com exoplanetas gigantes, as anãs marrons são janelas para os sistemas planetários além do nosso. É mais fácil estudar anãs marrons do que planetas porque muitas vezes não possuem uma brilhante estrela hospedeira que as obscurece.

"É provável que as estruturas em banda e as grandes ondas atmosféricas que encontramos nas anãs marrons também sejam comuns nos exoplanetas gigantes," comenta Apai.

Usando o Spitzer, os cientistas monitoraram mudanças de brilho em seis anãs marrons durante mais de um ano, observando cada uma completando 32 rotações. À medida que uma anã marron gira, as suas nuvens movem-se para dentro e para fora do hemisfério observado telescopicamente, provocando mudanças no brilho da anã marron. Os cientistas então analisaram estas variações de brilho a fim de explorar como as nuvens de silicato estão distribuídas nas anãs marrons.

Os pesquisadores esperavam que estas anãs marrons tivessem tempestades elípticas parecidas com a Grande Mancha Vermelha de Júpiter, provocadas por zonas de alta pressão. A Grande Mancha Vermelha existe em Júpiter há centenas de anos e muda muito devagar: estas "manchas" não podiam explicar as rápidas mudanças de brilho que os cientistas viram ao observar estas anãs marrons. Os níveis de brilho das anãs marrons variaram acentuadamente apenas ao longo de um dia terrestre.

Para perceber os altos e baixos do brilho, os cientistas tiveram que repensar os seus pressupostos sobre o que acontecia nas atmosferas das anãs marrons. O melhor modelo para explicar as variações envolve ondas grandes, propagando-se pela atmosfera com períodos diferentes. Estas ondas fariam com que as estruturas das nuvens girassem com diferentes velocidades em bandas diferentes.

Theodora Karalidi, pesquisadora da Universidade do Arizona, usou um supercomputador e um novo algoritmo para produzir mapas de como as nuvens viajam nestas anãs marrons.

"Quando os picos das duas ondas não estão em sintonia, ao longo do dia existem dois picos de brilho máximo," afirma Karalidi. "Quando as ondas estão em sincronia, obtemos um pico grande, tornando a anã marron duas vezes mais brilhante do que com uma única onda."

Os resultados explicam o comportamento intrigante e as mudanças de brilho observadas anteriormente. O próximo passo é tentar entender melhor o que faz com que as ondas comandem o comportamento das nuvens.

O estudoforam foi divulgado na revista Science.

Fonte: University of Arizona

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