Planetas Urano e Netuno podem ser gigantes rochosos

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Zurique e do NCCR PlanetS (National Centre of Competence in Research PlanetS) está desafiando a nossa compreensão do interior dos planetas do Sistema Solar.

© Instituto Keck (ilustração do planeta Urano)

Nota-se na ilustração que Urano pode ser um gigante de gelo (à esquerda) ou um gigante de rocha (à direita), dependendo dos pressupostos do modelo.

A composição de Urano e Netuno, os dois planetas mais exteriores, pode ser mais rochosa e menos gelada do que se pensava. Os planetas do Sistema Solar são tipicamente divididos em três categorias com base na sua composição: os quatro planetas terrestres rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte), seguidos pelos dois gigantes gasosos (Júpiter e Saturno) e, finalmente, pelos dois gigantes gelados (Urano e Netuno).

De acordo com o trabalho realizado pela equipe científica da Universidade de Zurique, Urano e Netuno poderão ser mais rochosos do que gelados. O novo estudo não afirma que os dois planetas azuis sejam de um tipo ou de outro, ricos em água ou em rocha, mas desafia a ideia de que ricos em gelo seja a única possibilidade. Esta interpretação é também consistente com a descoberta de que o planeta anão Plutão tem uma composição predominantemente rochosa.

A equipe desenvolveu um processo de simulação único para o interior de Urano e Netuno. A classificação de gigante de gelo está demasiado simplificada, uma vez que Urano e Netuno ainda são pouco conhecidos. Os modelos baseados na física eram demasiado fundamentados em pressupostos, enquanto os modelos empíricos são demasiado simplistas.

Foram combinadas ambas as abordagens para obter modelos interiores imparciais e fisicamente consistentes. Para tal, foi criado um perfil de densidade aleatório para o interior do planeta. Depois, foi calculado o campo gravitacional planetário que é consistente com os dados observacionais e inferido uma possível composição. Finalmente, o processo é repetido para obter a melhor correspondência possível entre os modelos e os dados observacionais.

Com o seu novo modelo agnóstico, mas totalmente físico, a equipe da Universidade de Zurique descobriu que a potencial composição interna dos "gigantes de gelo" do nosso Sistema Solar não se limita apenas ao gelo (tipicamente representado pela água). A nova gama de composições internas mostra que ambos os planetas podem ser ricos em água ou em rocha.

O estudo traz também novas perspectivas sobre os intrigantes campos magnéticos de Urano e Netuno. Ao passo que a Terra tem polos magnéticos norte e sul bem definidos, os campos magnéticos de Urano e Netuno são mais complexos, com mais de dois polos. Os modelos desenvolvidos pela equipe têm as chamadas camadas de "água iônica" que geram dínamos magnéticos em locais que explicam os campos magnéticos não-dipolares observados.

Foi descoberto tanbém que o campo magnético de Urano tem origem mais profunda do que o de Netuno. Embora os resultados sejam prometedores, subsistem algumas incertezas. Uma das principais questões é o fato de os físicos ainda não compreenderem como os materiais se comportam nas condições exóticas de pressão e temperatura que se encontram no coração de um planeta, o que pode ter impacto nos nossos resultados. Apesar das incertezas, os novos resultados também abrem caminho a novos cenários potenciais de composição interior, desafiam pressupostos de décadas e orientam a futura pesquisa em ciência dos materiais em condições planetárias.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Universität Zürich

Ejeções de massa coronal no alvorecer do Sistema Solar

Astrônomos utilizaram observações simultâneas feitas da Terra e do espaço para medir a temperatura e a velocidade do gás ejetado por uma estrela jovem semelhante ao Sol.

© NAOJ (ilustração de ejeção de massa coronal na estrela EK Draconis)

Esta medição mostrou uma ejeção de dois componentes, consistindo em um componente quente e rápido seguido por um componente mais lento e frio. Este resultado é importante para a compreensão de como as estrelas jovens afetam o ambiente ao seu redor, onde planetas e vida podem estar se formando inicialmente, e, por extensão, fornece informações sobre os primórdios do Sistema Solar, da Terra e da vida na Terra.

O Sol ejeta frequentemente enormes massas de gás ionizado quente, chamadas plasma, associadas a erupções solares. Esses eventos são conhecidos como Ejeções de Massa Coronal (EMCs). Elas costumam ocorrer juntamente com súbitos brilhos chamados erupções solares e, às vezes, se estendem o suficiente para perturbar a magnetosfera da Terra, gerando fenômenos climáticos espaciais, incluindo auroras ou tempestades geomagnéticas, e até mesmo danificando redes elétricas em algumas ocasiões.

Observou-se que estrelas jovens semelhantes ao Sol emitem erupções estelares frequentes, e sabe-se que algumas delas estão associadas a grandes EMCs, que superam em muito qualquer uma observada no Sol atual. As EMCs no Sol contêm componentes em diferentes temperaturas, variando de 10.000 Kelvin a 1.000.000 Kelvin, mas até agora os dados sobre EMCs em outras estrelas se limitavam a um único componente de temperatura, especialmente o plasma de baixa temperatura.

Enormes EMCs do Sol primitivo podem ter impactado severamente os ambientes primordiais da Terra, Marte e Vênus. No entanto, ainda não está claro até que ponto as explosões nessas estrelas jovens exibem EMCs semelhantes às solares. Nos últimos anos, o plasma frio das EMCs foi detectado por meio de observações ópticas terrestres. No entanto, a alta velocidade e a esperada ocorrência frequente de EMCs fortes no passado permaneceram um mistério.

Para obter uma compreensão mais completa dos eventos de EMC em estrelas jovens, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Kosuke Namekata, da Universidade de Kyoto, organizou observações em ultravioleta com o telescópio espacial Hubble e observações ópticas com telescópios terrestres no Japão e na Coreia para medir simultaneamente diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC estelar.

Seu alvo era a jovem estrela semelhante ao Sol, EK Draconis, localizada a 111 anos-luz de distância, na direção da constelação de Draco. A equipe obteve sucesso na observação de diferentes componentes de temperatura de um evento de EMC. Primeiramente, um plasma quente de 100.000 Kelvin foi ejetado a uma velocidade entre 300 e 550 km/s, seguido, cerca de dez minutos depois, por um gás mais frio, a aproximadamente 10.000 Kelvin, ejetado a 70 km/s. Isso indica que os componentes mais quentes das Ejeções de Massa Coronal (EMCs) estelares possuem energias cinéticas maiores do que os componentes mais frios e, portanto, podem afetar as atmosferas de exoplanetas de forma mais severa do que se inferia anteriormente a partir de medições limitadas apenas ao plasma frio. 

Como o jovem Sol era presumivelmente semelhante a EK Draconis, isso fornece informações sobre as condições no Sistema Solar primitivo, que provavelmente foi perturbado por EMCs enormes e rápidas. Estudos teóricos e experimentais sugerem que as EMCs rápidas desempenham um papel na iniciação de biomoléculas e gases de efeito estufa, essenciais para o surgimento e a manutenção da vida em um planeta primitivo.

Portanto, essa descoberta tem implicações importantes para a compreensão da habitabilidade planetária e das condições sob as quais a vida surgiu na Terra e, possivelmente, em outros lugares. A equipe planeja continuar sua pesquisa com novas observações usando raios X, ondas de rádio e telescópios espaciais ultravioleta de última geração para entender melhor as condições ao redor de estrelas jovens onde planetas, e possivelmente vida, se formam. Em particular, este estudo destaca a importância da astronomia ultravioleta, que será explorada mais a fundo pela futura missão LAPYUTA da JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).

Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan

Descoberta uma nova lua em torno de Urano

Utilizando o telescópio espacial James Webb da NASA, uma equipe liderada pelo SwRI (Southwest Research Institute) identificou uma lua anteriormente desconhecida em órbita de Urano, elevando a família de satélites conhecidos do planeta para 29.

© NASA (nova lua de Urano)

Esta imagem mostra a lua, designada S/2025 U1, bem como 13 das outras 28 luas conhecidas que orbitam o planeta (a pequena lua Cordélia orbita mesmo no interior do anel mais exterior, mas não é visível nestas imagens devido ao brilho dos anéis). Devido às diferenças drásticas nos níveis de brilho, a imagem é uma composição de três tratamentos diferentes dos dados, permitindo ao observador ver detalhes da atmosfera planetária, dos anéis circundantes e das luas em órbita.

A detecção foi feita durante uma observação do Webb em 2 de fevereiro de 2025. Este objeto foi detectado numa série de 10 imagens de longa exposição com 40 minutos cada obtidas pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera). É uma lua pequena, mas uma descoberta significativa, que é algo que nem a nave espacial Voyager 2 da NASA, que passou por Urano no dia 24 de janeiro de 1986, viu durante o seu sobrevoo há quase 40 anos. 

Estima-se que a lua recém-descoberta tenha apenas 10 quilômetros de diâmetro, assumindo que tem uma refletividade (albedo) semelhante à dos outros pequenos satélites de Urano. Este tamanho minúsculo tornou-a provavelmente invisível à Voyager 2 e a outros telescópios.

Nenhum outro planeta tem tantas pequenas luas interiores como Urano, e as suas complexas inter-relações com os anéis sugerem uma história caótica que dilui a fronteira entre um sistema de anéis e um sistema de luas. Além disso, a nova lua é a menor e muito mais tênue do que a menor das luas interiores anteriormente conhecidas, o que torna provável que ainda haja mais complexidade por descobrir.

© SwRI (localização da nova lua de Urano)

Aimagem acima mostra a localização aproximada de S/2025 U 1, em amarelo. As elipses sólidas indicam anéis, enquanto as linhas em tracejado mostram as órbitas de muitas das luas interiores. A nova lua é o 14.º membro do intrincado sistema de pequenas luas que orbitam mais perto do que as maiores luas Miranda, Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon (todas as luas de Urano têm nomes de personagens de Shakespeare e Alexander Pope).

A nova lua está localizada a cerca de 56.000 quilômetros do centro de Urano, orbitando o plano equatorial do planeta entre as órbitas de Ofélia (que está fora do sistema de anéis principal de Urano) e Bianca. A sua órbita quase circular sugere que pode ter sido formada perto da sua posição atual.

O nome da lua recém-descoberta terá de ser aprovado pela União Astronômica Internacional, a principal autoridade na atribuição de nomes e designações oficiais dos objetos astronômicos.

Fonte: Southwest Research Institute

A influência dos planetas pode atenuar a atividade solar

O nosso Sol é cerca de cinco vezes menos magneticamente ativo do que outras estrelas semelhantes.

© Solar Dynamics Observatory (ejeção de massa coronal do Sol)

A razão para isso pode residir nos planetas do nosso Sistema Solar, afirmam pesquisadores do HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf). Nos últimos dez anos, desenvolveram um modelo que deriva praticamente todos os ciclos de atividade conhecidos do Sol a partir da influência cíclica das forças de maré dos planetas. Agora, também conseguiram demonstrar que essa sincronização externa reduz automaticamente a atividade solar.

De momento, o Sol está atingindo um nível máximo de atividade que só é observado a cada onze anos, aproximadamente. É por isso que nós, na Terra, observamos mais auroras polares e tempestades solares, bem como um clima espacial turbulento em geral. Isto tem impacto nos satélites espaciais e até mesmo na infraestrutura tecnológica da Terra. Apesar disso, em comparação com outras estrelas semelhantes ao Sol, as erupções de radiação mais fortes do nosso Sol são 10 a 100 vezes mais fracas.

Este ambiente relativamente tranquilo pode ser uma condição prévia importante para a Terra ser habitável. Não menos importante por esta razão, os físicos solares querem compreender o que impulsiona precisamente a atividade solar. Sabe-se que a atividade solar tem muitos padrões, flutuações periódicas mais curtas e mais longas, que variam de algumas centenas de dias a vários milhares de anos. Mas há maneiras muito diferentes de explicar os mecanismos físicos subjacentes.

O modelo desenvolvido pela equipa liderada por Frank Stefani, do Instituto de Dinâmica de Fluidos do HZDR, vê os planetas como marca-passos: segundo essa compreensão, aproximadamente a cada onze anos, Vênus, Terra e Júpiter concentram as suas forças de maré combinadas no Sol. Através de um mecanismo físico complexo, de cada vez que o fazem, dão um pequeno empurrão ao impulso magnético interno do Sol. Em combinação com o movimento orbital em forma de roseta do Sol, isto leva a flutuações periódicas sobrepostas de durações variáveis, exatamente como observado no Sol.

No trabalho recente, os pesquisadores dão o nome OQB (Oscilação Quasi-Bienal), uma flutuação aproximadamente bianual em vários aspetos da atividade solar. O ponto especial aqui é que, a OQB não só pode ser atribuída a um período preciso, mas também leva automaticamente a uma atividade solar atenuada. Até agora, os dados solares geralmente relatavam períodos de OQB de 1,5 a 1,8 anos.

Em trabalhos anteriores, alguns pesquisadores sugeriram uma ligação entre a OQB e os chamados eventos GLE (Ground Level Enhancement). São ocorrências esporádicas durante as quais partículas solares ricas em energia provocam um aumento repentino da radiação cósmica na superfície da Terra. Um estudo realizado em 2018 mostra que os eventos de radiação medidos perto do solo ocorreram mais na fase positiva de uma oscilação com um período de 1,73 anos. Ao contrário da suposição habitual de que essas erupções de partículas solares são fenômenos aleatórios, esta observação indica um processo cíclico fundamental. Foi descoberto a maior correlação para um período de 1,724 anos. 

Apesar do campo magnético do Sol oscilar entre o mínimo e o máximo ao longo de um período de onze anos, a OQB impõe um padrão adicional de curto prazo na intensidade do campo. Isto reduz a intensidade geral do campo, pois o campo magnético do Sol não mantém o seu valor máximo por tanto tempo. Um diagrama de frequência revela dois picos: um na intensidade máxima do campo e outro quando a OQB oscila de volta. Este efeito é conhecido como bimodalidade do campo magnético solar. No modelo, os dois picos fazem com que a intensidade média do campo magnético solar seja reduzida, uma consequência lógica da OQB.

Este efeito é muito importante porque o Sol é mais ativo durante as intensidades de campo mais altas. É quando ocorrem os eventos mais intensos, com enormes tempestades geomagnéticas, como o evento Carrington de 1859, quando auroras polares puderam ser vistas até em Roma e Havana, e altas tensões danificaram linhas telegráficas. Se o campo magnético do Sol permanecer em intensidades de campo mais baixas por um período significativamente mais longo, no entanto, isso reduz a probabilidade de eventos muito violentos.

Um artigo foi publicado no periódico Solar Physics.

Fonte: HZDR

Urano é mais quente do que se pensava

Durante milênios, os astrônomos pensaram que Urano não era mais do que uma estrela distante. Só no final do século XVIII é que Urano foi universalmente aceito como um planeta.

© JWST (Urano)

Ainda hoje, este mundo azul e com anéis subverte as expectativas dos cientistas, mas uma nova pesquisa da NASA ajuda a esclarecer alguma da mística do planeta. Urano é diferente de qualquer outro planeta do nosso Sistema Solar. Gira de lado, o que significa que cada polo está diretamente virado para o Sol durante um "verão" contínuo de 42 anos. Úrano também gira na direção oposta à de todos os planetas, exceto Vênus.

Os dados do sobrevoo da Voyager 2 da NASA por Urano, em 1986, também sugerem que o planeta é incomumente frio no seu interior, desafiando a reconsideração de teorias fundamentais de como os planetas se formaram e evoluíram no nosso Sistema Solar.

As projeções de Urano foram feitas a partir de uma única medição de perto do calor emitido pelo planeta, feita pela Voyager 2: Agora, usando uma técnica avançada de modelação por computador e revisitando décadas de dados, foi descoberto que Urano gera algum calor.

O calor interno de um planeta pode ser calculado comparando a quantidade de energia que recebe do Sol com a quantidade de energia que libera para o espaço sob a forma de luz refletida e calor emitido. Os outros planetas gigantes do Sistema Solar: Saturno, Júpiter e Netuno emitem mais calor do que o que recebem, o que significa que o calor extra vem do interior, em grande parte devido aos processos altamente energéticos que formaram os planetas há 4,5 bilhões de anos.

A quantidade de calor que um planeta emana pode ser uma indicação da sua idade: quanto menos calor liberado em relação ao calor absorvido do Sol, mais velho é o planeta. Urano destacava-se dos outros planetas porque parecia liberar tanto calor como o que recebia, o que implicava que não tinha calor próprio. Este fato intrigou os cientistas. Alguns levantaram a hipótese de que talvez o planeta seja muito mais velho do que todos os outros e tenha arrefecido completamente. Outros propuseram que uma colisão gigantesca, a mesma que pode ter colocado o planeta de lado, teria liberado todo o calor de Urano. Mas nenhuma destas hipóteses são satisfatórias. Será que não existe mesmo calor interno em Urano?

Após refazer os cálculos para ver quanta luz solar é refletida por Urano, os cientistas perceberam que ele é mais refletivo do que as pessoas tinham estimado. Os pesquisadores propuseram-se determinar o orçamento energético total de Urano: a quantidade de energia que recebe do Sol, a quantidade que reflete como luz solar e a quantidade que emite como calor. Para isso, precisavam de estimar a quantidade total de luz refletida pelo planeta em todos os ângulos.

Foram usados dados da atmosfera de Urano a partir de décadas de observações de telescópios terrestres e espaciais, incluindo o telescópio espacial Hubble e o IRTF (Infrared Telescope Facility) da NASA no Havaí. Um modelo computacional foi desenvolvido incluindo informações sobre as neblinas, nuvens e mudanças sazonais do planeta, que afetam a forma como a luz solar é refletida e como o calor escapa. Os pesquisadores descobriram que Urano libera cerca de 15% mais energia do que a que recebe do Sol.

Estes estudos sugerem que Urano tem o seu próprio calor, embora ainda muito menos do que o seu vizinho Netuno, que emite mais do dobro da energia que recebe. Desvendar o passado de Urano é útil não só para mapear a cronologia de quando os planetas do Sistema Solar se formaram e migraram para as suas órbitas atuais, mas também ajuda os cientistas a compreender melhor muitos dos exoplanetas, a maioria dos quais têm o mesmo tamanho que Urano.

Dois artigos foram publicados nos periódicos Geophysical Research Letters e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: NASA