Clima polar em Júpiter e Saturno indica detalhes do interior dos planetas

Cientistas da MIT propõem que padrões de vórtice polar em Júpiter e Saturno dependem da “maciez” da base do vórtice, ligada ao interior dos planetas.
As simulações mostram que bases mais macias produzem múltvos vórtices menores (como em Júpiter), enquanto bases mais duras geram um único vórtice grande (como Saturno).
A pesquisa usa modelo 2D de dinâmica de fluidos para prever evoluções de vortices a partir de condições iniciais aleatórias, com diferentes parâmetros internos.
As descobertas sugerem que a diferença superficial entre os polos pode refletir diferenças profundas na composição interior, possivelmente Saturno sendo mais “duro” que Júpiter.
Estudo conduzido por Wanying Kang e Jiaru Shi, com apoio de MIT, se baseia em dados de Juno e Cassini e deve ajudar a mapear propriedades interiores que moldam as atmosferas.

A pesquisa de MIT aponta uma explicação para as diferenças marcantes entre os padrões de vórtices polares de Júpiter e Saturno. O estudo mostra como a formação desses sistemas pode depender da “maciez” da base de um vórtice, ligada à composição interior de cada planeta. Os resultados foram apresentados nesta semana na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Os cientistas analisaram simulações de padrões de vórtices em um gigante gasoso. Em alguns cenários, um único vórtice grande surge, semelhante ao observado em Saturno, enquanto em outros surgem várias circulações grandes, lembrando os vórtices de Júpiter. O foco foi entender a evolução a partir de estímulos aleatórios.

A equipe identificou um mecanismo-chave: a base do vórtice, ou seja, o material em que ele repousa, determina o tamanho final. Bases mais macias e leves limitam o crescimento, favorecendo múltiplos vórtices. Bases mais duras permitem um vórtice único maior.

Os autores do estudo são Wanying Kang, professora assistente no Departamento de Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) do MIT, e Jiaru Shi, estudante de graduação da instituição. A pesquisa também se apoia em imagens de missões espaciais.

As imagens de Juno, em Júpiter, e Cassini, em Saturno, inspiraram a investigação. Juno acompanha Júpiter desde 2016, registrando o polo norte com múltiplos vórtices. Cassini encerrou atividades em 2017 após 13 anos de observação de Saturno, incluindo o vórtice hexagonal no polo.

Para as simulações, os pesquisadores usaram um modelo bidimensional de dinâmica de fluidos, adaptado aos polos dos planetas. Mesmo sendo um fenômeno 3D na prática, o comportamento pode ser bem representado em duas dimensões devido à rotação rápida dos planetas.

O estudo sugere que o que vemos na superfície pode indicar propriedades profundas do interior. Vértices mais macios indicariam interior mais leve, enquanto vórtices com base mais densa apontariam para interior menos contido. A hipótese pode ajudar a calibrar modelos internos.

Caso confirmado, a teoria implica que Júpiter e Saturno teriam composições internas distintas. A equipe continua analisando cenários adicionais e parâmetros que afetam a dinâmica dos vórtices, incluindo aquecimento interno e rotação.

A pesquisa recebeu apoio parcial a partir de uma MathWorks Fellowship e de recursos do MIT, vinculados ao Departamento de EAPS. As conclusões elegem uma nova via para mapear propriedades profundas que moldam as atmosferas dos gigantes gasosos.