As auroras de Netuno foram captadas pela primeira vez

Pela primeira vez, o telescópio espacial James Webb captou uma brilhante atividade auroral em Netuno.

© NASA (aurora em Netuno)

As auroras ocorrem quando partículas energéticas, muitas vezes provenientes do Sol, ficam presas no campo magnético de um planeta e eventualmente atingem a atmosfera superior. A energia liberada durante estas colisões cria o brilho característico.

No passado, os astrônomos viram indícios tentadores de atividade auroral em Netuno, por exemplo, na passagem da Voyager 2 da NASA em 1989. No entanto, a obtenção de imagens e a confirmação das auroras em Netuno há muito que escapavam aos astrônomos, apesar das detecções bem-sucedidas em Júpiter, Saturno e Urano.

Para além da imagem do planeta, foi obtido um espectro para caracterizar a composição e a temperatura da atmosfera superior do planeta (a ionosfera). Pela primeira vez, foi encontrado uma linha de emissão extremamente proeminente que significa a presença do cátion trihidrogênio (H3+), que pode ser criado nas auroras. Nas imagens de Netuno pelo Webb, a aurora brilhante aparece como manchas representadas em ciano. O H3+ tem sido um sinal claro de atividade auroral em todos os gigantes gasosos: Júpiter, Saturno, Urano e agora em Netuno.

A atividade auroral observada em Netuno é também visivelmente diferente da que estamos habituados a ver aqui na Terra, ou mesmo em Júpiter ou Saturno. Em vez de estarem confinadas aos polos norte e sul do planeta, as auroras de Netuno estão localizadas nas latitudes médias geográficas do planeta, como se fosse a localização da América do Sul na Terra. Isto deve-se à estranha natureza do campo magnético de Netuno, originalmente descoberto pela Voyager 2 em 1989, que está inclinado 47 graus em relação ao eixo de rotação do planeta.

Uma vez que a atividade auroral se baseia onde os campos magnéticos convergem para a atmosfera do planeta, as auroras de Netuno estão longe dos seus polos de rotação. A detecção pioneira das auroras de Netuno vai ajudar-nos a compreender como o campo magnético de Netuno interage com as partículas que fluem do Sol para os confins distantes do nosso Sistema Solar, uma janela totalmente nova na ciência atmosférica dos gigantes gelados.

A partir das observações do Webb, foi medida a temperatura do topo da atmosfera de Netuno pela primeira vez desde o sobrevoo da Voyager 2. Os resultados sugerem a razão pela qual as auroras de Netuno permaneceram escondidas durante tanto tempo. A atmosfera superior de Netuno arrefeceu várias centenas de graus. Ao longo dos anos, os astrônomos têm previsto a intensidade das auroras de Netuno com base na temperatura registrada pela Voyager 2. Uma temperatura substancialmente mais fria resultaria em auroras muito mais fracas. Esta temperatura fria é provavelmente a razão pela qual as auroras de Netuno não foram detectadas durante tanto tempo. O arrefecimento dramático também sugere que esta região da atmosfera pode sofrer grandes alterações, apesar de o planeta se situar 30 vezes mais longe do Sol do que a Terra.

Os astrônomos esperam agora estudar Netuno com o Webb durante um ciclo solar completo, um período de 11 anos de atividade impulsionado pelo campo magnético do Sol. Os resultados poderão fornecer informações sobre a origem do bizarro campo magnético de Netuno e até explicar porque é que está tão inclinado.

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

O que está por baixo das superfícies insípidas de Urano e Netuno?

Chuva de diamantes? Água superiônica?

© Quanta Magazine (vista interior de um planeta gigante gasoso)

Estas são apenas duas propostas que os cientistas planetários apresentaram para o que se encontra por baixo das espessas atmosferas azuladas de hidrogênio e hélio de Urano e Netuno, gigantes gelados do nosso Sistema Solar, mas superficialmente insípidos.

O cientista planetário Burkhard Militzer, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, EUA, propõe agora uma teoria alternativa, que os interiores destes dois planetas são constituídos por camadas e que as duas camadas, tal como o azeite e a água, não se misturam. Esta configuração explica perfeitamente os incomuns campos magnéticos dos planetas e implica que as teorias prévias acerca dos interiores provavelmente não são verdadeiras.

Ele defende que existe um oceano profundo de água logo abaixo das camadas de nuvens e, por baixo, um fluido altamente comprimido de carbono, nitrogênio e hidrogênio. As simulações em computador mostram que, sob as temperaturas e pressões do interior dos planetas, uma combinação de água (H2O), metano (CH3) e amônia (NH3) se separaria naturalmente em duas camadas, principalmente porque o hidrogênio seria espremido do metano e da amônia que constituem grande parte do interior profundo. Estas camadas imiscíveis explicariam porque é que nem Urano nem Netuno têm um campo magnético como o da Terra. Esta foi uma das descobertas surpreendentes acerca dos gigantes gelados do nosso Sistema Solar feitas pela missão Voyager 2 no final da década de 1980.Os planetas do tamanho de Urano e Netuno, os chamados planetas subnetuno, estão entre os exoplanetas mais comuns descobertos até à data. 

À medida que um planeta arrefece da sua superfície para baixo, o material frio e mais denso afunda-se, enquanto as manchas de fluido mais quente sobem como água fervendo, um processo chamado convecção. Se o interior for condutor de eletricidade, uma camada espessa de material em convecção gerará um campo magnético dipolar semelhante ao de um ímã em barra. O campo dipolar da Terra, criado pelo seu núcleo externo de ferro líquido, produz um campo magnético que vai do polo norte ao polo sul e é a razão pela qual as bússolas apontam para os polos. 

Mas a Voyager 2 descobriu que nenhum dos dois gigantes de gelo tem este campo dipolar, apenas campos magnéticos desorganizados. Isto implica que não há movimento convectivo de material, numa camada espessa, no interior profundo dos planetas. Para explicar estas observações, dois grupos de pesquisa distintos propuseram, há mais de 20 anos, que os planetas devem ter camadas que não se podem misturar, impedindo assim a convecção em grande escala e um campo magnético dipolar global. A convecção numa das camadas poderia, no entanto, produzir um campo magnético desorganizado. 

Mas nenhum dos grupos conseguiu explicar de que eram feitas estas camadas que não se misturam. Há dez anos, Militzer tentou repetidamente resolver o problema, utilizando simulações em computador de cerca de 100 átomos com as proporções de carbono, oxigénio, nitrogênio e hidrogênio refletindo a composição conhecida dos elementos do Sistema Solar primitivo. Com as pressões e temperaturas previstas para os interiores dos planetas, 3,4 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra e 4750 K, respectivamente, não conseguiu encontrar uma forma de formar camadas. Porém, no ano passado, com a ajuda da aprendizagem de máquina, conseguiu executar um modelo que simulava o comportamento de 540 átomos e, para sua surpresa, descobriu que as camadas se formam naturalmente à medida que os átomos são aquecidos e comprimidos.

Nota-se que uma camada é rica em água e a outra é rica em carbono, e em Urano e Netuno, é o sistema rico em carbono que está por baixo. A parte pesada fica em baixo e a parte mais leve fica em cima e não pode fazer qualquer convecção. A quantidade de hidrogênio espremido aumenta com a pressão e a profundidade, formando uma camada estratificada estável de carbono, nitrogênio e hidrogênio, quase como um polímero plástico. Enquanto a camada superior, rica em água, provavelmente realiza convecção para produzir o campo magnético desorganizado observado, a camada mais profunda, estratificada e rica em hidrocarbonetos, não pode. Quando modelou a gravidade produzida por um Urano e por um Netuno em camadas, os campos gravitacionais coincidiram com os medidos pela Voyager 2 há quase 40 anos. 

Militzer prevê que por baixo da atmosfera de Urano, com quase 5 mil quilômetros de espessura, se encontre uma camada rica em água com cerca de 8 mil quilômetros de espessura e, por baixo desta, uma camada rica em hidrocarbonetos, também com cerca de 8 mil quilômetros de espessura. 

O seu núcleo rochoso tem aproximadamente o tamanho do planeta Mercúrio. Apesar de Netuno ser mais massivo do que Urano, é menor em diâmetro, com uma atmosfera mais fina, mas com camadas igualmente espessas, ricas em água e hidrocarbonetos. 

Uma missão proposta pela NASA a Urano poderia também fornecer uma confirmação, se a nave espacial tiver a bordo um gerador de imagens Doppler para medir as vibrações do planeta. Um planeta em camadas vibraria a frequências diferentes das de um planeta em convecção. O próximo projeto é utilizar o modelo computacional para calcular a diferença entre as vibrações dos planetas.

Um artigo foi publicado no periódico Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fonte: University of California

Encontradas novas luas em Urano e Netuno

A descoberta de três luas anteriormente desconhecidas de Urano e Netuno mostra que os gigantes gelados, como Júpiter e Saturno, têm famílias de luas distantes formadas pela fragmentação de objetos maiores capturados.

© NASA (Urano e Netuno)

Provavelmente há mais luas por aí, mas precisaríamos enviar uma sonda espacial para vê-las. Dezenas de luas foram descobertas em torno de Júpiter e Saturno nas últimas duas décadas. No entanto, desde 2003, nenhuma nova lua foi descoberta orbitando Urano, e apenas uma nova lua foi oficialmente adicionada para Netuno. 

As novas descobertas elevam o total para 28 para Urano e 16 para Netuno. Estas luas do Sistema Solar exterior são difíceis de encontrar, diz Scott Sheppard (Carnegie Science), porque estes objetos estão no limite da detectabilidade. 

Os cientistas planetários suspeitam que o Sistema Solar exterior pode ser a chave para a compreensão da sua formação e evolução inicial. Por causa disso, a pesquisa decenal divulgada no ano passado pela Academia Nacional de Ciências deu alta prioridade ao lançamento de uma grande missão em meados da década de 2030, chamada Urano Orbiter and Probe. 

O Minor Planet Center da União Astronômica Internacional anunciou as três novas luas em 23 de fevereiro: uma em torno de Urano e duas em torno de Netuno. São as luas mais fracas que os telescópios terrestres já encontraram orbitando os gigantes gelados. 

Aquela que orbita Urano, designada provisoriamente S/2023 U1, é a primeira lua nova descoberta orbitando o gigante gelado em mais de 20 anos. Com apenas 8 quilômetros de diâmetro, é provavelmente a menor lua conhecida do planeta. Tem uma órbita de 680 dias. Sheppard avistou S/2023 U1 pela primeira vez em 4 de novembro de 2023, com o telescópio Magalhães no Observatório Las Campanas, no Chile. Observações de acompanhamento em dezembro confirmaram sua órbita, o que por sua vez ajudou a identificar observações da Lua anteriormente não reconhecidas em 2021 com os telescópios Magalhães e Subaru no Havaí.

As duas novas luas que orbitam Netuno já haviam sido avistadas anteriormente, mas não foram observadas por tempo suficiente para calcular suas órbitas. Sheppard descobriu pela primeira vez o mais brilhante e maior em outubro de 2021 com o telescópio Magalhães, e colaborou em outras observações em 2022 e 2023. Depois de trabalhar com Marina Brozovic e Bob Jacobson (ambos no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA) para calcular sua órbita, eles perceberam isso havia sido observado perto de Netuno duas décadas antes.

Designado provisoriamente como S/2002 N5, mede 23 quilômetros de diâmetro e demora nove anos a circundar Netuno. A lua netuniana menor, designada provisoriamente S/2021 N1, tem cerca de 14 km de diâmetro e leva quase 27 anos para orbitar Netuno, a órbita mais longa conhecida para qualquer lua planetária. Sheppard e colegas viram pela primeira vez a lua extremamente tênue com o telescópio Subaru em setembro de 2021. Para fazer as observações necessárias para calcular a órbita desta lua, adicionaram observações do Very Large Telescope (VLT) no Chile e do Gemini North Telescope no Havaí. 

Cada uma das três novas luas tem uma órbita que a agrupa com as órbitas de duas luas maiores. A recém-descoberta S/2023 U1 pertence a um grupo com duas luas maiores e mais conhecidas de Urano, Caliban e Stephano. Em Netuno, as órbitas de Psamathe e Neso são semelhantes às de S/2021 N1, e as órbitas de Sao e Laomedeia são semelhantes às de S/2002 N5. Esses agrupamentos são provavelmente famílias, formadas pelo desmembramento de um objeto maior capturado. 

Encontrar mais luas tão fracas e distantes será difícil. Para encontrar estes três, Sheppard teve que fazer uma série de exposições de cinco minutos para evitar que o movimento da Lua ficasse desfocado em imagens individuais. Sequências de imagens foram tiradas durante um período de até quatro horas, quando as luas permaneciam altas o suficiente no céu para uma boa visualização. Ele também precisava coletar dados durante uma série de noites e, em seguida, empilhar as exposições cuidadosamente para obter imagens profundas o suficiente para mostrar a lua. Esta técnica é poderosa, mas com objetos tão tênues requer muito tempo nos maiores telescópios do mundo. O Urano Orbiter and Probe ofereceria a oportunidade de chegar perto de objetos que são apenas pontos fracos no céu para os maiores e melhores telescópios da Terra. 

Fonte: Sky & Telscope

O desaparecimento das nuvens de Netuno relaciona-se com o ciclo solar

Os astrônomos descobriram uma ligação entre a abundância variável das nuvens de Netuno e o ciclo solar de 11 anos, em que o aumento e a diminuição dos campos magnéticos emaranhados do Sol impulsionam a atividade solar.

© Hubble (aumento e diminuição da quantidade de nuvens em Netuno)

A ligação entre Netuno e a atividade solar é surpreendente para os cientistas planetários porque Netuno é o planeta gigante mais distante no nosso Sistema Solar e recebe cerca de 0,1% da intensidade solar que a Terra recebe. No entanto, o clima global nublado de Netuno parece ser impulsionado pela atividade solar e não pelas quatro estações do planeta, que duram aproximadamente 40 anos cada uma.

Em 1989, a nave espacial Voyager 2 da NASA forneceu as primeiras imagens de nuvens lineares e brilhantes, reminiscentes de cirros na Terra, vistas no alto da atmosfera de Netuno. Formam-se acima da maior parte do metano da atmosfera de Netuno e refletem todas as cores da luz solar, o que as torna brancas.

Para monitorar a evolução da aparência de Netuno, os astrônomos analisaram imagens do Observatório Keck tiradas de 2002 a 2022, observações de arquivo do telescópio espacial Hubble com início em 1994 e dados do Observatório Lick na Califórnia de 2018 a 2019. Nos últimos anos, as observações do Keck foram complementadas por imagens tiradas como parte do seu programa Twilight Zone e pelo programa OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) do Hubble.

Atualmente, a cobertura de nuvens observada em Netuno é extremamente baixa, com exceção de algumas nuvens que pairam sobre o polo sul do planeta gigante. Uma equipe de astrônomos liderada pela Universidade da Califórnia descobriu que a abundância de nuvens normalmente observada nas latitudes médias do gigante gelado começou a desaparecer em 2019.

As imagens revelam um padrão intrigante entre as mudanças sazonais na cobertura de nuvens de Netuno e o ciclo solar, tornando-se mais emaranhado como um novelo de lã. Isto é evidente no número crescente de manchas solares e no aumento da atividade das erupções solares. À medida que o ciclo progride, o comportamento tempestuoso do Sol atinge o seu máximo, até que o campo magnético se afunda e inverte a polaridade. Em seguida, o Sol volta a estabilizar-se num mínimo, apenas para iniciar outro ciclo. 

Quando há tempestades no Sol, a radiação ultravioleta (UV) mais intensa inunda o Sistema Solar. A equipe descobriu que dois anos após o pico do ciclo solar, um número crescente de nuvens aparece em Netuno. Foi encontrado ainda uma correlação positiva entre o número de nuvens e o brilho do gigante gelado a partir da luz solar que é nele refletida.

Os cientistas descobriram a ligação entre o ciclo solar e o padrão climático nublado de Netuno ao analisarem 2,5 ciclos de atividade de nuvens registados ao longo dos 29 anos de observações netunianas. Durante este período, a refletividade do planeta aumentou em 2002 e diminuiu em 2007. Netuno voltou a aumentar de brilho em 2015, escurecendo depois em 2020 para o nível mais baixo alguma vez observado, altura em que a maioria das nuvens desapareceu. 

As mudanças no brilho de Netuno provocadas pelo Sol parecem subir e descer relativamente em sincronia com o ir e vir das nuvens no planeta. No entanto, há um desfasamento de dois anos entre o pico do ciclo solar e a abundância de nuvens observadas em Netuno. As alterações químicas são causadas pela fotoquímica, que ocorre no alto da atmosfera superior de Netuno e leva tempo a formar nuvens.

Embora um aumento da luz solar UV possa produzir mais nuvens e neblinas, pode também escurecê-las, reduzindo assim o brilho global de Netuno. As tempestades em Netuno que se erguem da atmosfera profunda afetam a cobertura de nuvens, mas não estão relacionadas com as nuvens produzidas fotoquimicamente, pelo que podem complicar os estudos de correlação com o ciclo solar. Também são necessárias observações contínuas de Netuno para ver quanto tempo durará a atual quase ausência de nuvens.

Um artigo foi publicado no periódico Icarus. 

Fonte: Space Telescope Science Institute

A visão mais nítida dos anéis de Netuno

O telescópio espacial James Webb está mostrando as suas capacidades mais perto de casa com a sua primeira imagem de Netuno.

© STScI (anéis de Netuno)

O Webb não só captou a visão mais clara dos anéis deste peculiar planeta em mais de 30 anos, como as suas câmaras estão também revelando o gigante gelado sob uma luz totalmente nova.

O aspecto mais impressionante da nova imagem do Webb é a visão nítida dos anéis dinâmicos do planeta, alguns dos quais não têm sido vistos de todo, quanto mais com este detalhe, desde a passagem da Voyager 2 em 1989.

Além dos vários anéis estreitos e brilhantes, as imagens do Webb mostram claramente as bandas de poeira mais fracas de Netuno. A qualidade de imagem extremamente estável e precisa do Webb também permite detectar estes anéis fracos muito próximos de Netuno.

Netuno tem fascinado e deixado os pesquisadores perplexos desde a sua descoberta em 1846. Localizado 30 vezes mais longe do Sol do que a Terra, Netuno orbita numa das áreas mais sombrias do nosso Sistema Solar. A esta distância extrema, o Sol é tão pequeno e tênue que o meio-dia em Netuno é semelhante a um fraco crepúsculo na Terra. 

Este planeta é caracterizado como um gigante de gelo devido à composição química do seu interior. Em comparação com os gigantes gasosos Júpiter e Saturno, Netuno é muito mais rico em elementos mais pesados do que o hidrogênio e o hélio. Isto é aparente no bem conhecido aspecto azul de Netuno nas imagens do telescópio espacial Hubble em comprimentos de onda visíveis, provocado por pequenas quantidades de metano gasoso. 

O instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb capta objetos no infravermelho próximo, de 0,6 a 5 micrômetros, pelo que Netuno não aparece azul. De fato, o gás metano é tão fortemente absorvido que o planeta é bastante escuro nos comprimentos de onda do Webb, exceto quando existem nuvens de alta altitude. Tais nuvens de metano gelado são proeminentes como estrias brilhantes e manchas, que refletem a luz solar antes de ser absorvida pelo gás metano. 

Imagens de outros observatórios têm registado estas características de nuvens em rápida evolução ao longo dos anos. Mais sutilmente, uma linha fina de luminosidade em torno do equador do planeta pode ser uma assinatura visual da circulação atmosférica global que alimenta os ventos e tempestades de Netuno. A atmosfera desce e aquece no equador, e assim brilha mais em comprimentos de onda infravermelhos do que os gases mais frios e circundantes. 

A órbita de 164 anos de Netuno significa que o seu polo norte, no topo desta imagem, está justamente fora de vista para os astrônomos, mas as imagens do Webb sugerem um brilho intrigante nesta área. 

Um vórtice previamente conhecido no polo sul é evidente na imagem do Webb, mas pela primeira vez o telescópio revelou uma banda contínua de nuvens à sua volta. O Webb também fotografou sete das 14 luas conhecidas de Netuno.

© STScI (Tritão e Netuno)

Dominando este retrato de Netuno pelo Webb está um ponto de luz muito brilhante ostentando os picos de difração vistos em muitas das imagens do Webb; não é uma estrela, mas a lua mais incomum de Netuno, Tritão. Coberta por uma camada gelada de nitrogênio condensado, Tritão reflete uma média de 70% da luz solar que a atinge. É bem mais brilhante do que Netuno porque a atmosfera do planeta é escurecida pela absorção de metano nos comprimentos de onda do Webb. Tritão orbita Netuno numa órbita bizarra (retrógrada), levando a especulação que esta lua era na realidade um objeto do Cinturão de Kuiper que foi gravitacionalmente capturado por Netuno. Estão planejados estudos adicionais de Tritão e Netuno para o próximo ano. 

Fonte: ESA

A diferença de cores entre Urano e Netuno

Os astrônomos pensam agora saber porque é que Urano e Netuno têm cores diferentes. Usando observações do telescópio espacial Hubble, bem como do telescópio Gemini North e do IRTF (Infrared Telescope Facility) da NASA, os pesquisadores desenvolveram um modelo atmosférico único que corresponde às observações de ambos os planetas.

© NASA/ESA (Urano e Netuno)

O telescópio espacial Hubble mostra, na imagem à esquerda, em 25 de outubro de 2021, o brilhante "capô" polar no norte do planeta Urano. E na imagem à direita, obtida dia 7 de setembro de 2021, o telescópio espacial Hubble mostra Netuno com o hemisfério norte escurecido.

O modelo revela que o excesso de neblina em Urano acumula-se na atmosfera estagnada e faz com que pareça ter um tom mais leve do que Netuno. Os planetas Netuno e Urano têm muito em comum, possuem massas, tamanhos e composições atmosféricas semelhantes, mas as suas aparências são notavelmente diferentes.

Em comprimentos de onda visíveis, Netuno tem um tom azul rico e profundo, enquanto Urano tem um tom ciano nitidamente pálido. Os astrônomos têm agora uma explicação para o fato de os dois planetas terem cores diferentes. Novas observações sugerem que uma camada de neblina concentrada, presente em ambos os planetas, é mais espessa em Urano do que em Netuno e, portanto, "branqueia" a aparência de Urano mais do que a de Netuno. Se não houvesse névoa nas atmosferas de Netuno e Urano, ambos seriam quase igualmente azuis como resultado da luz azul espalhada nas suas atmosferas.

As cores vermelhas da luz do Sol, espalhadas pela neblina e pelas moléculas de ar, são mais absorvidas pelas moléculas de metano nas atmosferas dos planetas. Este processo, conhecido como dispersão de Rayleigh, é o que torna o céu azul aqui na Terra, embora na nossa atmosfera a luz solar seja na sua maioria dispersa por moléculas de nitrogênio em vez de moléculas de hidrogênio. A dispersão de Rayleigh ocorre predominantemente em comprimentos de onda mais curtos e azuis.

Esta conclusão provém de um modelo que uma equipe internacional liderada por Patrick Irwin, professor de física planetária na Universidade de Oxford, desenvolveu para descrever as camadas de aerossol nas atmosferas de Netuno e Urano.

Pesquisas anteriores das atmosferas superiores destes planetas focaram-se na aparência da atmosfera apenas em comprimentos de onda específicos. No entanto, este novo modelo consiste em múltiplas camadas atmosféricas e corresponde a observações de ambos os planetas através de uma vasta gama de comprimentos de onda. O novo modelo também inclui partículas de neblina dentro de camadas mais profundas que anteriormente se pensava conterem apenas nuvens geladas de metano e sulfureto de hidrogênio.

O modelo consiste em três camadas de aerossóis em diferentes alturas. A camada chave que afeta as cores é a camada intermediária, que é uma camada de partículas de névoa que é mais espessa em Urano do que em Netuno. A equipa suspeita que, em ambos os planetas, o metano gelado condensa-se nas partículas desta camada, puxando as partículas mais para dentro da atmosfera numa chuva de neve de metano. Dado que Netuno tem uma atmosfera mais ativa e turbulenta do que Urano, é possível que a atmosfera de Netuno é mais eficiente em agitar as partículas de metano para a camada de neblina e a produzir esta neve. Isto remove mais da névoa e mantém a camada de névoa de Netuno mais fina do que em Urano, com o resultado de que a cor azul de Netuno parece mais forte.

O telescópio espacial Hubble fornece excelentes vistas das distintas tempestades atmosféricas partilhadas pelos dois planetas conhecidas como "manchas escuras", que são conhecidas há muitos anos. Não se sabia exatamente que camadas atmosféricas eram perturbadas pelas manchas escuras para as tornar visíveis ao Hubble. O modelo produzido pela equipe explica o que dá uma aparência escura às manchas e porque são mais facilmente detectáveis em Urano em comparação com Netuno. Os pesquisadores pensavam que um escurecimento dos aerossóis na camada mais profunda do seu modelo produziria manchas escuras semelhantes às vistas em Netuno e talvez em Urano.

Um artigo foi publicado na revista Journal of Geophysical Research: Planets.

Fonte: ESA

Variações surpreendentes nas temperaturas de Netuno

Uma equipe internacional de astrônomos analisou as temperaturas atmosféricas de Netuno e descobriu que existe uma queda surpreendente nas temperaturas globais de Netuno, seguida por um aquecimento dramático em seu polo sul.

© ESO/NAOJ (imagens térmicas de Netuno)

Os astrônomos estavam observando Netuno desde o início do seu verão austral e esperavam que as temperaturas fossem gradualmente subindo e não descendo. Tal como na Terra, existem estações em Netuno à medida que o planeta orbita em torno do Sol, com a diferença de que uma estação em Netuno dura cerca de 40 anos terrestres e um ano tem uma duração de 165 anos terrestres.

É verão no hemisfério sul de Netuno desde 2005 e os astrônomos estavam ansiosos para ver como as temperaturas variavam após o solstício de verão austral. Os astrônomos analisaram quase uma centena de imagens térmicas, em infravermelho, de Netuno, captadas durante um período de 17 anos, para compreenderem as tendências gerais na temperatura do planeta com mais detalhe do que o conseguido até hoje.

Os dados mostraram que, apesar do começo do verão austral, a maior parte do planeta esfriou gradualmente nas últimas duas décadas. A temperatura média global de Netuno caiu 8 °C entre 2003 e 2018. Os astrônomos ficaram surpresos ao descobrir um aquecimento dramático do polo sul de Netuno durante os últimos dois anos de suas observações, quando as temperaturas subiram rapidamente 11 °C entre 2018 e 2020. Embora o vórtice polar quente de Netuno seja conhecido há muitos anos, um aquecimento polar tão rápido nunca foi observado anteriormente no planeta. 

Os astrônomos mediram a temperatura de Netuno com o auxílio de câmaras térmicas, instrumentos que medem a radiação infravermelha emitida por objetos astronômicos. Para sua análise, a equipe combinou todas as imagens existentes de Netuno coletadas nas últimas duas décadas por telescópios terrestres. Foi analisada a radiação infravermelha emitida por uma camada da atmosfera de Netuno chamada estratosfera, o que permitiu esboçar um quadro da temperatura de Netuno e suas variações durante parte do seu verão austral. Como Netuno está a cerca de 4,5 bilhões de quilômetros de distância e é muito frio, a temperatura média do planeta chega a cerca de -220 °C, medir sua temperatura da Terra não é tarefa fácil. 

Este tipo de estudo só é possível graças a imagens infravermelhas sensíveis obtidas por grandes telescópios tais como o Very Large Telescope (VLT) do ESO, que consegue observar Netuno muito nitidamente. Cerca de um terço de todas as imagens foram obtidas pelo instrumento VISIR (VLT Imager and Spectrometer for mid-InfraRed) montado no VLT, no deserto chileno do Atacama. Devido ao tamanho do espelho do telescópio e à altitude, as imagens têm uma resolução muito elevada e uma grande qualidade, oferecendo as imagens mais nítidas de Netuno. A equipe utilizou também dados do telescópio espacial Spitzer da NASA e imagens obtidas com o telescópio Gemini Sul no Chile, assim como dos telescópios Subaru, Keck e Gemini Norte, todos instalados no Havaí. 

Como as variações de temperatura de Netuno foram tão inesperadas, os astrônomos ainda não sabem qual a sua origem. Poderão ser devidas a variações na química estratosférica de Netuno, ou padrões climáticos aleatórios ou até ao ciclo solar. Serão necessárias mais observações durante os próximos anos para explorar as razões destas flutuações.

Telescópios terrestres futuros, tais como o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, poderão observar variações de temperatura como estas com maior detalhe, enquanto o telescópio espacial James Webb fornecerá novos mapas das temperaturas e da química da atmosfera de Netuno.

Esta pesquisa foi publicada na revista The Planetary Science Journal. 

Fonte: ESO

Luas de Netuno numa "dança da evasão"

Uma nova pesquisa aponta que as órbitas estranhas das duas luas mais interiores de Netuno não têm rival.

© NASA/JPL-Caltech (dança das luas Náiade e Talassa de Netuno)

Especialistas em dinâmica orbital estão chamando "dança da evasão" às órbitas das pequenas luas Náiade e Talassa. As duas são verdadeiras parceiras, separadas por apenas 1.850 quilômetros. Mas nunca se aproximam assim tanto uma da outra; a órbita de Náiade é inclinada e perfeitamente sincronizada. Todas as vezes que passa por Talassa (mais lenta), as duas estão mais ou menos a 3.540 km uma da outra.

Nesta coreografia perpétua, Náiade gira em torno do gigante gasoso a cada sete horas, enquanto Talassa, mais longe, demora sete horas e meia. Um observador em Talassa veria Náiade numa órbita que varia bastante num padrão em ziguezague, passando duas vezes por cima e duas vezes por baixo. Este padrão cima, cima, baixo, baixo repete-se de cada vez que Náiade dá quatro voltas em Netuno por cada órbita de Talassa. Embora a dança possa parecer estranha, mantém as órbitas estáveis.

Existem muitos tipos diferentes de ressonâncias que os planetas, as luas e os asteroides podem seguir, mas esta nunca tinha sido vista antes.

Bem longe da atração do Sol, os planetas gigantes do Sistema Solar exterior são as fontes dominantes da gravidade e, coletivamente, ostentam dúzias e dúzias de luas. Algumas destas luas formaram-se juntamente com os seus planetas e nunca foram a lugar algum; outras foram capturadas mais tarde e depois trancadas em órbitas ditadas pelos seus planetas. Algumas orbitam na direção oposta à rotação do planeta; outras trocam órbitas entre si como que para evitar colisões.

O planeta Netuno tem 14 luas confirmadas. Neso, a sua lua mais distante, tem uma órbita muito elíptica que a leva a 74 milhões de quilômetros do planeta e demora 27 anos para completar.

Náiade e Talassa são pequenas e com a forma de Tic Tacs, medindo apenas cerca de 100 km em comprimento. São duas das sete luas interiores de Netuno, parte de um sistema bem compacto que está entrelaçado com anéis tênues.

Então, como é que ficaram juntas, mas separadas? Pensa-se que o sistema de satélites original tenha sido interrompido quando Netuno capturou a sua lua gigante, Tritão, e que estas luas interiores e anéis se formaram a partir dos detritos remanescentes.

"Suspeitamos que Náiade tenha sido lançada para a sua órbita inclinada por uma interação anterior com uma das outras luas interiores de Netuno," explicou Marina Brozović, especialista em dinâmica do Sistema Solar no Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA. "Somente mais tarde, depois da sua inclinação orbital ter sido estabelecida, Náiade se pôde estabelecer nesta ressonância invulgar com Talassa."

Brozović e colegas descobriram o padrão orbital invulgar usando análises de observações com o telescópio espacial Hubble da NASA. O trabalho também fornece a primeira dica sobre a composição das luas interiores de Netuno. Os pesquisadores usaram as observações para calcular a sua massa e, portanto, as suas densidades, que são próximas da da água gelada.

O novo artigo científico foi publicado na revista Icarus.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory

Minúscula lua de Netuno pode ser fragmento de lua maior

Após vários anos de análise, uma equipe de cientistas planetários, usando o telescópio espacial Hubble, finalmente encontrou uma explicação para a misteriosa lua que orbita Netuno descoberta em 2013.

© STScI/J. Olmsted (ilustração de Hipocampo próximo de Netuno)

A lua minúscula, chamada Hipocampo, está incomumente perto de uma lua netuniana muito maior de nome Proteus. Normalmente, uma lua como Proteus devia ter ou empurrado ou "engolido" a lua menor enquanto limpava o seu percurso orbital.

Então, porque é que a pequena lua existe? Hipocampo é provavelmente um pedaço da lua maior que resultou de uma colisão com um cometa há bilhões de anos. A pequena lua, com apenas 34 km de diâmetro, tem 1/1000 da massa de Proteus (que tem 418 km de diâmetro).

"A primeira coisa que percebemos foi que não seria de esperar uma lua tão pequena ao lado da maior lua interior de Netuno," disse Mark Showalter do Instituto SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). "No passado distante, dada a lenta migração para fora da lua maior, Proteus já esteve onde Hipocampo está agora."

Este cenário é apoiado por imagens da Voyager 2 de 1989 que mostram uma grande cratera de impacto em Proteus, quase grande o suficiente para ter destruído a lua. As órbitas das duas luas estão separadas por mais ou menos 12.070 km.

© SETI Institute/Mark Showalter (luas internas de Netuno e Hipocampo)

A imagem acima mostra as luas internas de Netuno (vermelho), anéis e arcos (verde). A maior lua de Netuno, Tritão, orbita cerca de três vezes mais do que Proteus. As elipses vermelhas indicam as formas e seções transversais das luas, ampliadas 20 vezes em relação às órbitas.

O sistema de satélites de Netuno tem uma história violenta. Há bilhões de anos, Netuno capturou a grande lua Tritão do Cinturão de Kuiper, uma grande região de objetos gelados e rochosos para além da órbita de Netuno. A gravidade de Tritão teria destruído o sistema de satélites originais de Netuno. Tritão instalou-se numa órbita circular e os detritos das luas netunianas destruídas foram novamente aglutinados numa segunda geração de satélites naturais. No entanto, o bombardeamento de cometas continuou provocando danos, levando ao nascimento de Hipocampo, que pode ser considerado um satélite de terceira geração.

"Com base em estimativas das populações de cometas, sabemos que outras luas do Sistema Solar exterior foram atingidas por cometas, destruídas e recriadas várias vezes," realçou Jack Lissauer do Centro de Pesquisa Ames da NASA. "Este par de satélites fornece uma ilustração dramática de que as luas são às vezes quebradas por cometas."

Hipocampo é uma criatura da mitologia grega, meio-peixe, meio-cavalo. O nome científico do cavalo-marinho é Hippocampus, também o nome de uma estrutura importante do cérebro humano. As regras da União Astronômica Internacional exigem que as luas de Netuno recebam o nome de figuras do mundo submarino da mitologia grega e romana.

Fonte: University of California

Imagens nítidas obtidas com a nova óptica adaptativa do VLT

O Very Large Telescope (VLT) do ESO obteve a primeira luz com um novo modo de óptica adaptativa chamado Tomografia Laser e captou imagens de teste extremamente nítidas do planeta Netuno, de aglomerados estelares e outros objetos celestes.

© ESO/P. Weilbacher (Netuno)

O instrumento pioneiro MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) em modo de campo estreito, trabalhando com o módulo de óptica adaptativa GALACSI, pode agora usar esta nova tecnologia para corrigir a turbulência da atmosfera em diferentes altitudes. Podemos agora obter imagens a partir do solo nos comprimentos de onda do visível mais nítidas do que as obtidas pelo telescópio espacial Hubble. A combinação de uma excelente nitidez de imagem com as capacidades espectroscópicas do MUSE permite aos astrônomos estudar as propriedades dos objetos astronômicos com muito mais detalhe do que o que era possível até agora.

O modo de campo largo do MUSE juntamente com o GALACSI em modo de solo corrige os efeitos da turbulência atmosférica até 1 km acima do telescópio, para um campo de visão relativamente amplo. O novo modo de campo estreito que usa Tomografia Laser, no entanto, corrige a turbulência atmosférica que ocorre por cima do telescópio em todas as altitudes, dando assim origem a imagens muito mais nítidas, embora numa região do céu menor.

Com esta nova capacidade, o telescópio de 8 metros atinge o limite teórico de nitidez de imagem, não estando assim limitado à distorção atmosférica, algo muito difícil de conseguir no óptico, mas que fornece imagens comparáveis, em termos de nitidez, às que são obtidas com o telescópio espacial Hubble. Esta nova tecnologia permitirá aos astrônomos estudar com um detalhe sem precedentes objetos celestes tais como buracos negros supermassivos no centro de galáxias distantes, jatos emitidos por estrelas jovens, aglomerados globulares, supernovas, planetas e seus satélites no Sistema Solar, entre outros.

A óptica adaptativa é uma técnica que compensa os efeitos de distorção da atmosfera terrestre, o chamado seeing astronômico, fenômeno que representa um enorme problema para todos os telescópios colocados no solo. A mesma turbulência atmosférica que faz cintilar as estrelas quando observadas a olho nu, dá origem a imagens pouco nítidas do Universo, obtidas por telescópios grandes. A luz das estrelas e galáxias fica distorcida ao passar através da camada protetora da nossa atmosfera e por isso os astrônomos têm que utilizar tecnologias inovadoras para melhorar de forma artificial a qualidade destas imagens.

Para isso, quatro raios laser brilhantes foram fixados ao telescópio principal nº4 do VLT, projetando no céu uma intensa luz alaranjada de 30 cm de diâmetro, que estimula os átomos de sódio que se encontram na atmosfera superior. São deste modo criadas estrelas guia laser artificiais, cuja luz é usada pelos sistemas de óptica adaptativa para determinar a turbulência existente na atmosfera e calcular as correções necessárias, mil vezes por segundo, que são fornecidas ao espelho secundário fino e deformável do telescópio, o qual altera constantemente a sua forma, corrigindo assim estes efeitos de distorção da luz.

O MUSE não é o único instrumento que tira partido da infraestrutura de óptica adaptativa. Outro sistema de óptica adaptativa, o GRAAL, está já em operação com a câmera infravermelha HAWK-I. E daqui a alguns anos, virá mais um novo instrumento, o ERIS. Em conjunto, estes grandes desenvolvimentos em óptica adaptativa estão melhorando a já muito poderosa frota de telescópios do ESO, trazendo até nós um Universo cada vez mais nítido.

Este novo modo também constitui um importante passo em frente para o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO, o qual necessitará de Tomografia Laser para atingir os seus objetivos científicos. Estes resultados do VLT com a infraestrutura de óptica adaptativa ajudarão os engenheiros e cientistas do ELT a implementar tecnologias de óptica adaptativa semelhantes no telescópio de 39 metros.

Fonte: ESO

O encolhimento do vórtice de Netuno

Netuno, o oitavo e mais distante planeta do Sol, foi visitado pela primeira e última vez pela missão Voyager 2 da NASA em 1989.

© Hubble/M.H. Wong/A.I. Hsu (evolução do vórtice em Netuno)

Desde então, o telescópio espacial Hubble tem tentado descobrir a infinidade de mistérios que cercam este majestoso planeta frio, incluindo decifrar por que ele possui os ventos mais rápidos do Sistema Solar, e o que existe no seu centro.

Estas novas imagens do Hubble revelam uma das características mais destacadas da atmosfera estranha de Netuno: uma mancha escura rara ou um vórtice escuro, ou seja, um sistema atmosférico giratório de alta pressão geralmente acompanhado nuvens brilhantes. Este mancha escura particular é chamada de SDS-2015 (Southern Dark Spot descoberta em 2015), e é apenas a quinta observada até agora em Netuno. Embora pareça ser um pouco menor do que as manchas escuras anteriores, as observações da SDS-2015 de 2015 a 2017 revelaram que o local já havia sido grande o suficiente para englobar toda a China antes de diminuir rapidamente de tamanho.

Cada uma das cinco manchas escuras curiosamente são diferentes, mas todas apareceram e desapareceram em apenas poucos anos, ao contrário de vórtices semelhantes em Júpiter que evoluem ao longo de décadas. Nuvens brilhantes se formam ao longo de manchas escuras quando o fluxo de ar ambiente é perturbado e desviado para cima sobre a mancha, fazendo com que os gases congelem em cristais de gelo de metano.

Somente o Hubble é suficientemente poderoso para captar as manchas escuras de Netuno e produzir imagens impressionantes; estas visualizações foram realizadas no decorrer de dois anos usando a Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble.

Um artigo foi publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: ESA