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Novidades na atmosfera de Vênus

Um padrão gigante foi descoberto nas nuvens do planeta Vênus. Câmeras infravermelhas e simulações de supercomputadores romperam o véu de Vênus e nos trouxe algumas revelações.

Da Redação*

Via Fanzine

15/01/2019

À esquerda, as nuvens inferiores de Vênus observadas com a câmera Akatsuki IR2 (após o processo de ênfase na borda). As partes brilhantes mostram onde a cobertura de nuvens é fina. Podemos ver a estrutura de listras da escala planetária dentro das linhas pontilhadas amarelas (à direita). A estrutura de listras da escala planetária foi reconstruída por simulações da AFES-Venus. As partes brilhantes mostram um forte fluxo descendente. (Edição parcial da imagem no jornal Nature Communications).

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Um grupo de pesquisa japonês identificou uma estrutura gigante localizada entre as nuvens que cobrem a superfície do planeta Vênus. A conclusão foi baseada na observação da espaçonave Akatsuki e divulgada pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA), em 10/01.

A equipe também revelou as origens dessa estrutura usando de simulações climáticas em grande escala. O grupo foi liderado pelo Professor Assistente do Projeto, Hiroki Kashimura (Universidade de Kobe, Escola de Pós-Graduação em Ciências) e essas descobertas foram publicadas em 09/01 pela Nature Communications.

Vênus é frequentemente chamado de planeta gêmeo da Terra por causa de seu tamanho e gravidade semelhantes, mas o clima por lá é muito diferente. Vênus gira na direção oposta à Terra e muito mais lentamente (cerca de uma rotação por 243 dias terrestres). Enquanto isso, a aproximadamente 60 km acima de sua superfície, um vento leste veloz (360 km/h) circunda o planeta por cerca de quatro dias terrestres, criando o fenômeno conhecido como super-rotação atmosférica.

O céu de Vênus é totalmente coberto por espessas nuvens de ácido sulfúrico localizadas a uma altitude de 45 a 70 km, o que dificulta a observação da superfície do planeta a partir de telescópios e orbitadores – como é feito pela ESA e NASA em Marte, por exemplo. As temperaturas da superfície atingem 460 graus Celsius, fazendo dali um ambiente hostil para qualquer observação por sondas de entrada atmosférica. Devido a estas condições, ainda há muitas incógnitas sobre os fenômenos atmosféricos em Vênus.

Para resolver o enigma da atmosfera de Vênus, a nave japonesa Akatsuki começou sua órbita no planeta em dezembro de 2015. Um dos instrumentos de observação da Akatsuki é uma câmera infravermelha “IR2” que mede comprimentos de onda de 2 μm (0,002 mm). Esta câmera pode capturar a morfologia detalhada da nuvem, dos níveis mais baixos da nuvem, a cerca de 50 km da superfície. Os raios ópticos e ultravioleta são bloqueados pelas camadas de nuvens superiores, mas graças à tecnologia de infravermelho, estruturas dinâmicas das nuvens inferiores têm sido gradualmente reveladas.

Este é o mecanismo de formação para a estrutura da faixa de escala planetária. Os vórtices gigantes causados pelas ondas de Rossby (à esquerda) são inclinados pelos jatos de alta latitude e alongados (à direita). Dentro dos vórtices esticados, a zona de convergência da estrutura de listras é formada, ocorre um fluxo descendente e as nuvens inferiores tornam-se finas. Vênus gira na direção oeste, de modo que as correntes de jato também sopram para o oeste.

Antes do início dessa missão da Akatsuki, a equipe de pesquisa desenvolveu um programa chamado AFES-Venus para calcular as simulações da atmosfera venusiana. Na Terra, fenômenos atmosféricos em todas as escalas são pesquisados e previstos usando simulações numéricas, desde a previsão diária de tempo e relatórios de tufões até as mudanças climáticas esperadas, decorrentes do aquecimento global. Para Vênus, a dificuldade de observação torna as simulações numéricas ainda mais importantes, mas essa mesma questão também dificulta a confirmação na precisão das simulações.

A AFES-Venus já havia conseguido reproduzir ventos super-rotacionais e estruturas de temperatura polar da atmosfera de Vênus. Usando o Earth Simulator, um sistema de supercomputador fornecido pela Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia da Terra e Marinha (JAMSTEC). Com este simulador, a equipe de pesquisa criou simulações numéricas em uma alta resolução espacial. No entanto, devido à baixa qualidade dos dados observacionais antes da Akatsuki, era difícil provar se tais simulações soariam como precisas reconstruções.

O estudo comparou dados observacionais detalhados dos níveis mais baixos de nuvens de Vênus obtidos pela câmera IR2 da Akatsuki com as simulações de alta resolução do programa AFES-Venus. Mostrou os níveis mais baixos de nuvens de Vênus capturados pela câmera IR2. Observou as estrias gigantes quase simétricas nos hemisférios norte e sul. Cada faixa tem centenas de quilômetros de largura e se estende na diagonal de quase 10 mil quilômetros de diâmetro. Este padrão foi revelado pela primeira vez pela câmera IR2, e a equipe nomeou uma estrutura em escala planetária. Essa escala de estrutura em listras nunca foi observada na Terra e poderia ser um fenômeno exclusivo de Vênus. Usando as simulações de alta resolução do AFES-Venus, a equipe reconstruiu o padrão.

Em seguida, por meio de análises detalhadas dos resultados da simulação AFES-Venus, a equipe revelou a origem dessa estrutura de listras gigantes. A chave para essa estrutura é um fenômeno intimamente ligado ao clima cotidiano da Terra: os jatos polares. Em latitudes médias e altas da Terra, uma dinâmica de ventos em larga escala (instabilidade baroclínica) forma ciclones extratropicais, sistemas de alta pressão migratórios e correntes de jato polar.

Os resultados das simulações mostraram o mesmo mecanismo em funcionamento nas camadas de nuvens de Vênus, sugerindo que as correntes de jato podem ser formadas em altas latitudes. Em latitudes mais baixas, uma onda atmosférica devido à distribuição de fluxos em grande escala e o efeito de rotação planetária (onda Rossby) gera grandes vórtices ao longo do equador para latitudes de 60 graus em ambas as direções.

Quando fluxos de jato são adicionados a esse fenômeno, os vórtices se inclinam e esticam, e a zona de convergência entre os ventos norte e sul forma um traço. O vento norte-sul, que é empurrado para fora pela zona de convergência, torna-se um forte fluxo descendente, resultando na estrutura da linha de escala planetária. A onda de Rossby também se combina com uma grande flutuação atmosférica localizada sobre o equador (onda Kelvin equatorial) nos níveis mais baixos de nuvens, preservando a simetria entre os hemisférios.

Este estudo revelou que a estrutura de listras gigantes na escala planetária nos níveis de nuvens mais baixas de Vênus, replicou essa estrutura com simulações e sugeriu que essa estrutura de linha seja formada por dois tipos de flutuações atmosféricas (ondas), instabilidade baroclínica e correntes de jato. A simulação bem-sucedida da estrutura da faixa planetária formada a partir de múltiplos fenômenos atmosféricos é evidência para a precisão das simulações para fenômenos individuais calculados neste processo.

Até agora, os estudos do clima de Vênus se concentram principalmente em cálculos médios de leste a oeste. Esta descoberta elevou o estudo do clima de Vênus a um novo nível no qual a discussão da estrutura tridimensional detalhada de Vênus é possível. O próximo passo, através da colaboração com a Akatsuki e a AFES-Vênus, é resolver o enigma do clima da gêmea da Terra, Vênus, velado pela densa nuvem de ácido sulfúrico.

* Informações da Agência de Exploração Aeroespacial do Japão (JAXA), Jornal Nature Communications, National University Corporation, Agência Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da Universidade de Kobe, Centro de Ciência Atmosférica Planetária, Universidade Kyoto Sangyo, Agência Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da Universidade Keio e Agência Japonesa para Ciência e Tecnologia da Terra e Marinha (JAMSTEC), com tradução e edição de Pepe Chaves para Via Fanzine/Astrovia.

- Fotos: Jornal Nature Communications/reprodução.

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