As 6 principais descobertas da Cassini quando sua missão de 20 anos chega ao fim
Uma das imagens de mosaico mais espetaculares de Saturno tiradas pela Cassini, esta vista de 2016 mostra o pólo norte, os anéis, a sombra do planeta e a face quase totalmente iluminada do mundo mais visível do nosso Sistema Solar. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
Na semana passada, a Cassini mergulhou na atmosfera de Saturno. Aqui estão as 6 principais coisas que aprendemos com ele enquanto estava vivo.
Ser um cientista e encarar a imensidão e a eternidade todos os dias é tão grandioso e inspirador quanto possível. – Carolyn Porco
De todos os planetas do Sistema Solar, aquele que se tornou um mistério para os observadores do céu remonta à invenção do próprio telescópio. Quando Galileu usou pela primeira vez seu primeiro dispositivo de ampliação para ver os céus, Vênus exibiu o conjunto completo de fases; Marte passou de giboso para cheio e voltou; Júpiter sempre cheio nos revelou suas maiores luas; mas Saturno era um enigma, parecendo exibir ouvidos quando Galileu os notava. Ao longo dos anos, Saturno ficou ainda mais maravilhoso, exibindo anéis com lacunas, muitas luas de vários tamanhos e outras propriedades interessantes, estruturas em faixas, tempestades transitórias e muito mais. O advento dos telescópios modernos e os sobrevoos da Voyager em Saturno apenas expuseram mistérios ainda mais profundos, abrindo uma infinidade de questões curiosas.
O lançamento da Cassini, em 15 de outubro de 1997. Esta espetacular foto foi tirada do Hangar AF na Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, com um sólido navio de recuperação de foguete em primeiro plano. Crédito da imagem: NASA.
Em 15 de outubro de 1997, foi lançada a primeira missão dedicada ao planeta Saturno, a Cassini da NASA. Destinado a ver o planeta dos anéis, tirar imagens e espectros do mundo, seus anéis e suas luas, também foi equipado com um módulo de pouso: a sonda Huygens, que desceria até a lua gigante de Saturno, Titã. Equipado com um gerador de radioisótopos, ele teria sua própria energia a bordo do decaimento nuclear que duraria décadas, permitindo que uma ciência sem precedentes à distância fosse feita.
Um diagrama da espaçonave Cassini, incluindo os vários instrumentos e dispositivos e sondas a bordo, conforme apresentado um ano antes do lançamento. Crédito da imagem: NASA / ESA / Agência Espacial Italiana; JPL-Caltech.
A Cassini chegou ao seu destino em 2004, após uma jornada de sete anos pelo Sistema Solar. Quando chegou a Saturno, imediatamente começou a coletar dados e completou sua missão primária de quatro anos sem problemas em 2008. Descobriu lacunas adicionais nos anéis de Saturno, tempestades e padrões de turbilhão na superfície de Saturno, luas adicionais, encontrou a presença de um variedade de moléculas, e a sonda Huygens até encontrou evidências de fluxo de metano líquido na superfície de Titã. No entanto, apesar desses tremendos sucessos, seis descobertas se destacam como as mais espetaculares da missão Cassini. Agora que chegou ao fim de sua vida, aqui estão os maiores de todos.
O pólo norte, como mostrado nesta imagem em cores reais de 2013, era azul desde que a Cassini entrou pela primeira vez em órbita ao redor de Saturno. No entanto, ao longo dos últimos anos, começou a mudar de azul para amarelo, muito lentamente. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
1.) hexágono polar e furacão de Saturno . Embora indícios de tal estrutura tenham sido encontrados pela Voyager, não foi até a Cassini fotografá-la que descobrimos a verdade espetacular: Saturno tem uma tempestade hexagonal que se enfurece continuamente ao redor de seu pólo norte. Uma consequência da dinâmica dos fluidos e da atmosfera caótica, mas em rápida rotação de Saturno, esta é a primeira tempestade desse tipo já descoberta em um mundo gasoso. Com mais de 32.000 km (20.000 milhas) de largura, a tempestade começa a 78º de latitude e se estende por cerca de 100 km (60 milhas).
Uma imagem de cores falsas do pólo norte de Saturno destaca as diferentes características dentro e ao redor do hexágono, incluindo o vórtice polar norte. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
Ao contrário de outras características atmosféricas, o hexágono não varia em latitude com o passar do tempo. Uma corrente de ar em movimento para leste a 360 km/h (220 mph) ao redor do contorno do hexágono, combinada com o fluxo de ar de baixa latitude, pode reproduzir o hexágono em simulações de computador. Talvez o mais notável seja que o vórtice polar em torno do próprio pólo norte se comporta como o olho de um furacão, onde há uma quebra nas nuvens rodopiantes que descem até onde a Cassini pode ver.
Uma animação em cores falsas do hexágono de Saturno de cerca de 70 quadros individuais costurados. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/SSI/Hampton University.
A própria tempestade polar de Saturno tem cerca de 2.000 quilômetros de diâmetro e permaneceu continuamente ao longo dos 13 anos em que a Cassini a observou. O que talvez tenha sido o mais notável de tudo é que, a partir dos últimos anos, a cor desse vórtice começou a mudar. Como observa o cientista John Blalock:
Quando olhamos de 2012 a 2016, [o] hexágono é talvez um pouco mais brilhante, mas o interior e especialmente a região do donut [no centro] parecem mais brilhantes. [O] brilho é consistente com um aumento na produção de produtos fotoquímicos de névoa na atmosfera superior.
Uma imagem de 2012 (L) e uma de 2016 (R) do pólo norte de Saturno, ambas tiradas com a câmera grande angular Cassini. A diferença de cor se deve a mudanças na composição química da atmosfera de Saturno, induzidas por mudanças fotoquímicas diretas. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
A principal teoria sobre o porquê? O próprio Sol. O pólo norte de Saturno está há muito inclinado para longe do Sol e só voltou para o Sol quando 2015 se aproximou. Em 2016, ficou muito claro: a cor do hexágono polar havia mudado, pois se encontrava sob a luz direta do sol. Com um período orbital de 29 anos ao redor do Sol, não havia como a Cassini ter visto essa mudança mais cedo, e foi apenas graças à duração prolongada desta missão que descobrimos isso!
Durante um período de 8 meses, a maior tempestade do Sistema Solar ocorreu, cercando todo o mundo gigante de gás e capaz de acomodar até 10 a 12 Terras dentro. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
2.) A maior tempestade já conhecida no Sistema Solar. Como todos os planetas com atmosferas, Saturno contém seu próprio clima, completo com tempestades grandes e pequenas. Enquanto a missão Cassini foi capaz de descobrir vários interessantes no mundo dos anéis, como o hexágono polar de longa duração e o hemisfério sul Tempestade do Dragão , o mais espetacular ocorreu em 2011, surgindo no hemisfério norte, circundando todo o planeta, dando voltas em si mesmo e durando mais de 200 dias. Imagens tiradas tão próximas quanto uma rotação de distância mostraram que a tempestade migrou pela superfície de Saturno a 60 milhas por hora (100 km/h).
Saturno (durante sua tempestade) em cores falsas. A falta de esbranquiçado/azul na tempestade mostra a ausência de metano. O olho da tempestade é rico em metano; a cauda da tempestade é pobre em metano. O azul brilhante nos anéis de borda é do gelo da água. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
Embora um punhado de tempestades dessa magnitude tenham sido observadas a cada 20 a 30 anos, desde 1876, esta foi a maior e mais duradoura. Em abril, descobrimos que essas tempestades são suprimidas pelo vapor de água nas camadas inferiores da atmosfera de Saturno. Sendo mais pesado que não apenas o hidrogênio e o hélio, mas também o metano, o vapor de água úmido forma uma camada sob a exosfera externa de Saturno, isolando a parte interna do mundo. Eventualmente, as camadas externas esfriam tanto que afundam, permitindo que as camadas internas e úmidas – e tempestades – ressurjam. Tendo desenvolvido esta imagem a partir das imagens de cores verdadeiras e falsas da Cassini, a próxima grande tempestade de Saturno, prevista para a década de 2030, poderia finalmente nos ensinar quanta água nosso vizinho anelado contém.
Ondulações podem existir nas porções interna ou externa de uma lacuna do anel devido a uma lua intermediária, pois a porção interna orbita mais rapidamente e a porção externa orbita mais lentamente, de acordo com as leis de Kepler. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.
3.) A estrutura, ondulações e relevo inerentes aos anéis de Saturno . Saturno é notável de várias maneiras; entre todos os planetas que conhecemos, é o menos denso e também o único com um conjunto de anéis espetacularmente visível. Compostos de material gelado e semelhante a poeira, esses anéis não são sólidos, mas compostos de partículas que passam umas pelas outras, grudadas brevemente e separadas pelas forças das marés. Bolas de neve e planetesimais coalescem, apenas para serem dilacerados por forças de maré exercidas por Saturno e suas luas que passam.
Pequenas luas nos anéis de Saturno, como no Encke Gap ou no Keeler Gap, podem pastorear rugas e ondulações nos anéis de ambos os lados. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
O próprio sistema de anéis tem apenas 10 metros a 1 quilômetro de espessura e pode ser tão antigo quanto o próprio Saturno. Quando os anéis de Saturno são vistos de lado, graças ao ângulo que os anéis fazem com o Sol, as pequenas imperfeições nos cristais de gelo podem ser vistas lançando sombras fascinantemente longas no restante dos próprios anéis.
Embora os anéis em si sejam incrivelmente finos, características de apenas centímetros de altura podem ser vistas lançando sombras tremendas perto do equinócio de Saturno. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
Os anéis principais se estendem de 7.000 km a 80.000 km acima do equador de Saturno: maior que o raio de Saturno. Composto por 99,9% de água gelada, o sistema de anéis tem milhares de lacunas finas e era mais espesso e variado no passado. O material outrora rochoso aglutinou-se em luas, mas os anéis aquosos permanecerão enquanto existir o nosso Sistema Solar.
Imagens visíveis e de rádio dos anéis de Saturno e sua estrutura, conforme entregues pela Cassini. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
Embora sejam altamente refletivos e feitos principalmente de gelo de água, os anéis exibem quantidades variadas de refletividade no óptico e no rádio, com o último permitindo imagens muito mais nítidas do que o primeiro.
A natureza bicolor de Jápeto foi um mistério por mais de 300 anos, mas foi finalmente resolvida pela missão Cassini no século 21. Crédito da imagem: NASA/JPL.
4.) O mistério da natureza bicolor de Jápeto foi resolvido . Jápeto foi a segunda lua de Saturno já descoberta e, sem dúvida, tornou-se a mais misteriosa. Não só tem uma crista equatorial e uma grande inclinação orbital, mas metade é tão reflexiva quanto o gelo, enquanto a outra metade é 80% mais escura. O que torna Jápeto bicolor? Não a inclinação de sua órbita, mas o fato de ser a lua grande mais distante de Saturno. Isso, e a presença de outra lua, também notável, ainda mais distante.
A lua de Saturno Phoebe, com sua cor mais escura, superfície tipo pedra-pomes e órbita retrógrada, é quase certamente um objeto capturado, e não uma lua como a maioria das outras que se formaram junto com o próprio sistema saturniano. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
Bem além da órbita de Jápeto encontra-se uma lua que não se parece com nenhuma das outras orbitando Saturno: Febe. Phoebe não é composta dos mesmos materiais que as outras luas de Saturno e, além disso, orbita na direção oposta de todas as outras. Em vez de (olhando para baixo do pólo norte) orbitar no sentido anti-horário em torno de seu planeta-mãe, o que todas as outras luas fazem, Phoebe gira no sentido horário em torno de Saturno. Como isso é possível? Porque Phoebe não se originou com Saturno, mas é um objeto capturado do cinturão de Kuiper! Além disso, Phoebe é responsável pelo maior e mais indescritível anel do Sistema Solar.
As imagens infravermelhas do Spitzer foram capazes de descobrir um anel externo fraco como uma continuação dos dados sugestivos que a Cassini retornou, resultando na descoberta de um anel totalmente novo ao redor de Saturno. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/Keck.
Detectado apenas em 2004 com o Telescópio Espacial Spitzer (infravermelho), o anel de Phoebe é um anel difuso de detritos que se origina de Phoebe e é extremamente escuro. Também é incrivelmente escasso: o material tem uma densidade de cerca de sete grãos do tamanho de poeira por quilômetro cúbico! É claro que, como esses detritos giram em torno de Saturno na direção oposta a todas as outras luas, as luas mais externas de Saturno podem se chocar com ele, expondo o lado principal dessa lua a esses detritos escurecidos. Essa é exatamente a configuração que temos com Iapetus, batendo no anel de detritos de Phoebe!
Imagens de Saturno, Jápeto, Febe e as órbitas de Jápeto e do anel F externo de Saturno, em escala. É um processo complexo que é responsável pela natureza bicolor de Jápeto. Crédito da imagem: Smithsonian Air & Space, derivado de imagens da NASA / Cassini.
Como Jápeto está travado por maré em Saturno – o que significa que o mesmo lado sempre está voltado para a frente enquanto se move em sua órbita – a frente dele acumula esse material escuro, enquanto a parte traseira não. O material mais escuro, coletado em um lado de Jápeto, fica mais quente que o material mais claro, e isso faz com que o gelo da superfície sublima. Nessa fase gasosa, esse vapor tem uma quantidade significativa de energia cinética. Não o suficiente para que ele escape da gravidade de Jápeto, mas o suficiente para que ele possa migrar para o lado da luz, onde permanece de forma estável, causando a natureza bicolor de Jápeto. Foram as capacidades espectroscópicas da Cassini que forneceram as chaves para desvendar esse mistério.
A superfície altamente reflexiva da lua gelada de Saturno, Enceladus, indica a presença e abundância de gelo superficial consistentemente fresco, como nenhuma outra lua do Sistema Solar. Crédito da imagem: NASA / missão Cassini-Huygens / Imaging Science Subsystem.
5.) O potencial de Enceladus para abrigar vida em um oceano subterrâneo . Conforme fotografado pela Cassini, Enceladus foi encontrado para ter uma superfície de gelo liso e brilhante. Tão brilhante, de fato, que detém o recorde de lua mais reflexiva do Sistema Solar. Mas essa superfície lisa exibe rachaduras por toda parte, com as fissuras indicando pontos fracos na superfície gelada. Encélado está localizado bem no centro do anel E de Saturno, e isso não é coincidência; é responsável pela criação do anel!
O anel E difuso, brilhante, mas gelado de Saturno e o 'ponto brilhante' da lua Encélado, responsável pela existência do anel. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
O material gelado abaixo da superfície de Encélado é comprimido e aquecido pelo gelo sobre ele e pelas forças de maré de Saturno, criando um oceano subterrâneo de água salgada e líquida. Essa água é então ejetada com tanta força que escapa da gravidade de Encélado, onde grande parte dela forma o anel E refletivo. A presença de água, calor e moléculas orgânicas deveriam existir em Encélado, tornando-o um dos candidatos mais prováveis para a vida em nosso Sistema Solar.
Uma imagem de uma erupção na superfície de Enceladus (L) mostrada ao lado de uma simulação da erupção semelhante a uma cortina de cientistas baseados na Terra (R). Somente através da incrível ciência da missão Cassini fomos capazes de entender o que está acontecendo com este mundo. Crédito da imagem: NASA / missão Cassini-Huygens / Imaging Science Subsystem.
Está provado que a água existe, enquanto as forças de maré de Saturno fornecem o calor necessário. Com base em observações de outros corpos do Sistema Solar, Enceladus provavelmente também contém os ingredientes brutos para a vida. A suspeita da existência de todos os três sugere a possível presença dos precursores de aminoácidos neste vasto oceano subterrâneo.
Esta é uma imagem em cores falsas de jatos (áreas azuis) no hemisfério sul de Encélado, tirada com a câmera de ângulo estreito da sonda Cassini em 27 de novembro de 2005. Crédito da imagem: NASA/JPL/Space Science Institute.
Esses gêiseres podem até ser alvos ideais para futuras missões que buscam a existência de vida extraterrestre. Uma espaçonave que voou pelas plumas do gêiser, coletando o material ejetado, pode muito bem encontrar o material orgânico que os humanos esperam existir desde que ousamos sonhar com outros mundos. Os ingredientes estão todos no lugar. A possibilidade é grande demais para ser ignorada.
De seu ponto de vista único na sombra de Saturno, a atmosfera, os anéis principais e até mesmo o anel E externo são todos visíveis, juntamente com as lacunas visíveis dos anéis do sistema saturniano em eclipse. O planeta Terra também está lá. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
6.) E, finalmente, redescobrimos a Terra . Enquanto viajava para fora do Sistema Solar, a Voyager primeiro tirou a famosa imagem do ponto azul pálido. Por trás da sombra de Saturno, protegendo a Cassini do Sol, ela olhou para a Terra enquanto tirava esta foto. Enquanto os anéis e a atmosfera do próprio Saturno estavam brilhantemente iluminados, um ponto de luz azul pálida se destacava contra todo o resto. Esta não era uma imagem de uma estrela distante, nem de uma pequena lua de Saturno. Em vez disso, aquele ponto era nossa casa: a Terra.
A Terra e a Lua, vistas através da silhueta dos anéis de Saturno, destacam-se como um ponto manchado de luz azul da incrível distância de Saturno. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
A pequena mancha assimétrica no lado direito desse ponto não é apenas um artefato de imagem, mas vem de nosso próprio mundo companheiro: a Lua. Após uma jornada de 20 anos e inúmeras descobertas, é discutível que a melhor coisa já trazida para nós pela Cassini foi a mais inevitável e simples de todas: uma visão de nossa própria casa. A Cassini deu seu mergulho final na atmosfera do gigante gasoso apenas alguns dias atrás, na sexta-feira, 15 de setembro, mas é importante lembrar o quão longe chegamos e como chegamos lá. Nossa jornada ainda não está completa, pois os próximos passos dependem de todos nós.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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