Nossos gigantes gasosos, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno estão nos ajudando a descobrir mais sobre os mundos jovianos mais distantes

Os quatro gigantes gasosos do nosso sistema solar são Júpiter, Saturno, Urano e Netuno, conhecidos coletivamente como planetas jovianos, que significam “semelhantes a Júpiter”. Crédito da imagem: dottedhippo via Getty Images

Os gigantes gasosos são grandes planetas compostos principalmente de gases, como hidrogênio e hélio, com um núcleo rochoso relativamente pequeno. Os gigantes gasosos do nosso sistema solar, Júpiter, Saturno, Urano e Netuno juntos formam um grupo conhecido como planetas jovianos, de acordo com a Universidade do Colorado em Boulder. 

O termo joviano significa “semelhante a Júpiter” e embora nossa exploração do sistema solar tenha revelado que gigantes gasosos como Urano e Netuno são muito diferentes de Júpiter, o termo descritivo joviano ainda existe. O rótulo também é usado para descrever exoplanetas com a massa de Júpiter encontrados além do nosso sistema solar, de acordo com a Universidade de Tecnologia de Swinburne. 

Os quatro gigantes gasosos do sistema solar residem nos arredores, além das órbitas de Marte e do cinturão de asteroides. Mas os mundos são bastante distintos um do outro. Júpiter e Saturno são substancialmente maiores que Urano e Netuno, e cada par de planetas (Júpiter e Saturno, versus Urano e Netuno) tem uma composição um pouco diferente.

Embora existam apenas quatro grandes planetas em nosso sistema solar, os astrônomos descobriram milhares fora dele usando vários telescópios na Terra e no espaço. Esses exoplanetas (como são chamados) estão sendo examinados para aprendermos mais sobre como nosso sistema solar surgiu e para comparar a formação do nosso sistema solar com os sistemas planetários que podem ser bem diferentes.

A IMPORTÂNCIA DOS GIGANTES GASOSOS

Parece que um dos primeiros usos da palavra "gigante gasoso", para se referir a um grande planeta, surgiu em composição literária de ficção científica de 1952 do autor James Blish. Na época em que Blish escreveu, nenhum planeta ainda havia sido descoberto fora do nosso sistema solar, nenhuma espaçonave havia decolado da Terra.

Isso significava que em sua época, tudo o que sabíamos sobre os planetas vinha de observações telescópicas, teorias astronômicas e conjuntos de dados que começavam a ser analisados pelos modelos de computador emergentes disponíveis na época. Levaria décadas até que mais informações viessem à tona. 

O primeiro sobrevoo de Júpiter ocorreu em 1972 com a Pioneer 10, enquanto os primeiros exoplanetas foram descobertos em torno do pulsar PSR 1257+12 em 1992. O campo de pesquisa de gigantes gasosos se diversificou e ampliou rapidamente nas décadas seguintes.

“O estudo do comportamento dos gigantes gasosos adquiriu uma importância crescente desde a detecção de muitos exoplanetas gasosos”, escreveu a revista científica Nature em um resumo da pesquisa até o momento em 2016.

Uma representação artística da luz zodiacal na superfície do planeta Kepler-1229 b. Crédito da imagem: SHAO/Yue Xu

Elementos de pesquisa que chamaram a atenção dos cientistas nos últimos anos incluíram discussões sobre anéis gigantes de gás e descobrir a origem das auroras. Além disso, argumentou a Nature, a pesquisa de gigantes gasosos será um terreno rico para diferentes tipos de cientistas se encontrarem e compartilharem seus conhecimentos.

“Como muitos planetas gasosos descobertos em torno de outras estrelas exibem características significativamente diferentes das do nosso sistema solar, a ciência em planetas gigantes tem um enorme potencial multidisciplinar como ponto de encontro entre as comunidades planetária e exoplanetária”, disse a Nature.

Mesmo desde aquela época, a década de 2020 foi rica em descobertas graças à crescente integração de aprendizado de máquina e inteligência artificial para buscar conjuntos de dados, sem mencionar o número de novos telescópios vendo a primeira luz. Os grandes observatórios da década de 2020 incluem o Telescópio Espacial James Webb e o Telescópio European Extremely Large, que devem contribuir para o estudo de exoplanetas.

Também já temos uma riqueza de dados de exoplanetas dos observatórios como o telescópio espacial Kepler aposentado da agência e o Planet Searcher de velocidade radial de alta precisão no telescópio de 3,6 metros do Observatório Europeu do Sul no Observatório de La Silla, no Chile. A NASA diz que mais de 4.000 exoplanetas foram encontrados no início de 2022, uma grande proporção desses gigantes gasosos.

Uma representação artística da espaçonave TESS e alguns dos exoplanetas que ela avistou. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

GIGANTES GASOSOS EM NOSSO SISTEMA SOLAR

Júpiter é o maior planeta do nosso sistema solar. Tem um raio quase 11 vezes o tamanho da Terra e muitas dezenas de luas confirmadas ou esperando para serem confirmadas. O planeta é feito principalmente de hidrogênio e hélio em torno de um núcleo denso de rochas e gelo, com a maior parte de sua massa provavelmente composta de hidrogênio metálico líquido, o que cria um enorme campo magnético. Júpiter é visível a olho nu e era conhecido pelos antigos. Sua atmosfera consiste principalmente de hidrogênio, hélio, amônia e metano. Também reunimos as perguntas não respondidas de Júpiter para ter uma ideia de pesquisas futuras, como ele foi enriquecido com elementos pesados.

Saturno tem cerca de nove vezes o raio da Terra e é caracterizado por grandes anéis; como eles se formaram é desconhecido. Tem várias dezenas de luas descobertas e sendo confirmadas. Como Júpiter, Saturno é composto principalmente de hidrogênio e hélio que cercam um núcleo denso e também foi rastreado por culturas antigas. Sua atmosfera é semelhante à de Júpiter. Também analisamos algumas das perguntas não respondidas de Saturno, como a duração de um dia no planeta.

Uma multidão de nuvens rodopiantes no dinâmico Cinturão Temperado Norte de Júpiter é capturada nesta imagem da espaçonave Juno da NASA. Crédito da imagem: NASA

Urano tem um raio cerca de quatro vezes maior que o da Terra e é o primeiro gigante gasoso a ser descoberto usando um telescópio, já que Júpiter e Saturno são observados a olho nu desde os tempos antigos. Urano é o único planeta inclinado de lado e também gira para trás em relação a todos os planetas, exceto Vênus, o que implica que uma enorme colisão o interpelou há muito tempo. O planeta tem dezenas de luas e sua atmosfera consiste em hidrogênio, hélio e metano. Foi descoberto por William Herschel em 1781 e apenas uma espaçonave, a Voyager 2, passou por ele em 1986. Algumas coisas estranhas observadas em Urano incluem suas temperaturas frias inexplicáveis e sua atmosfera complexa.

Netuno também tem um raio cerca de quatro vezes maior que o da Terra. Como Urano, sua atmosfera é composta principalmente de hidrogênio, hélio e metano. Foi descoberto em 1846 e teve uma única espaçonave sobrevoando ele, que foi a Voyager 2 em 1989. Há mais de uma dúzia de luas confirmadas no planeta. Também analisamos alguns dos maiores mistérios de Netuno, como suas velocidades de vento ultra-altas. Os cientistas também esperam montar uma missão para visitar Urano e Netuno em algumas décadas.

Interpretação artística do TOI-561, um dos sistemas planetários mais antigos e pobres em metais descobertos na Via Láctea. Crédito da imagem: Observatório WM Keck/Adam Makarenko

GIGANTES GASOSOS FORA DO NOSSO SISTEMA SOLAR

Super-Terras: Os cientistas encontraram uma infinidade de "super-Terras" (planetas entre o tamanho da Terra e Netuno) em outros sistemas solares. Não há super-Terras conhecidas em nosso próprio sistema solar, embora alguns cientistas especulem que pode haver um "Planeta Nove" à espreita nos confins do nosso sistema solar. Os cientistas estão estudando essa categoria de planetas para saber se as super-Terras são mais como pequenos planetas gigantes gasosos ou grandes planetas terrestres. Também não está claro se esses planetas podem hospedar vida e quanta água estaria em suas superfícies.

Júpiteres quentes: São planetas do tamanho de Júpiter ou maiores que orbitam muito perto de suas estrelas-mãe. Como eles chegaram lá ainda está sendo estudado, mas as duas principais teorias (simplificando) dizem que eles migraram para essa órbita de mais longe, ou que se formaram essencialmente no lugar. Esses exoplanetas foram os primeiros a serem encontrados porque são tão massivos e tão próximos de suas estrelas-mãe que induzem grandes "oscilações" na gravidade da estrela, o que os tornou relativamente fáceis de detectar com observatórios da década de 1990, segundo a NASA.

Representação de um artista de um Júpiter quente. Crédito da imagem: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

FORMAÇÃO E OPORTUNIDADES PARA A VIDA

Os astrônomos cogitam que os planetas jovianos se formaram primeiro como planetas rochosos e gelados semelhantes aos planetas terrestres. No entanto, o tamanho dos núcleos permitira que esses planetas (particularmente Júpiter e Saturno) pegassem hidrogênio e hélio da nuvem de gás da qual o sol estava se condensando, antes que o sol se formasse e expelisse a maior parte do gás. 

Como Urano e Netuno são menores e têm órbitas maiores, era mais difícil para eles coletarem hidrogênio e hélio de forma tão eficiente quanto Júpiter e Saturno. Isso provavelmente explica por que eles são menores do que esses dois planetas. Em uma base percentual, suas atmosferas são mais "poluídas" com compostos químicos mais complexos, como metano e amônia, porque são muito menores.

É improvável que os gigantes gasosos hospedem a vida como a conhecemos, pois são enormes bolas de gás sem superfície substancial. Dito isto, existe a possibilidade de encontrar vida microbiana em suas várias luas geladas, ou talvez existam outras possibilidades de vida que a ciência ainda não considerou. Mas a partir de 2021, planetas ainda menores que o tamanho da Terra que descobrimos são muito improváveis de hospedar vida, concluiu um grande estudo.

Uma representação artística de uma exolua orbitando o exoplaneta Kepler 1708 b. Crédito da imagem: Helena Valenzuela Widerström

LUAS DO GIGANTE GASOSO

Existem dezenas de luas ao redor dos planetas gigantes em nosso sistema solar. Muitos se formaram ao mesmo tempo que seus planetas pais, o que está implícito que os planetas giram na mesma direção que as luas perto de seu equador (como as enormes luas jovianas Io, Europa, Ganimedes e Calisto). Mas há exceções. 

Uma grande lua de Netuno, Tritão, orbita o planeta oposta à direção que Netuno gira, o que implica que Tritão foi capturado, talvez pela atmosfera outrora maior de Netuno, enquanto passava. E há muitas pequenas luas no sistema solar que giram longe do equador de seus planetas, o que implica que elas também foram capturadas pela imensa força gravitacional.

Um subconjunto de luas, chamadas luas geladas, pode ter condições para a vida, pois encontramos evidências de energia e água líquida que podem sustentar micróbios. O Europa Clipper da NASA e o JUpiter ICy moons Explorer da Agência Espacial Europeia (JUICE) estão planejados para a década de 2030 para aprender mais sobre o potencial de vida de várias luas. Também há esperança de ter uma missão de pouso em uma lua joviana (ou em alguma outra lua gelada em outro lugar do sistema solar) no final do século para ver a superfície de perto.

No início de 2022, a comunidade astronômica não confirmou definitivamente a detecção de uma exolua, uma lua orbitando um exoplaneta. Mas eles estão se aproximando. Para detectar uma exolua, precisamos ver não apenas a queda no brilho causado quando um planeta passa na frente de uma estrela, mas também uma queda distinta no brilho da lua. As luas são relativamente pequenas e difíceis de serem detectadas pelos nossos observatórios atuais. Mas a tecnologia dos telescópios está melhorando rapidamente, então os astrônomos podem ter sorte em breve.

A NASA escolheu o foguete Falcon Heavy da SpaceX para lançar a missão Europa Clipper à lua gelada de Júpiter. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

PESQUISA EM ANDAMENTO

Com tantas missões ativas em andamento ou em planejamento para esses vários mundos, sem mencionar estudos de telescópios e modelos de computador, a ciência dos gigantes gasosos pode mudar rapidamente em questão de semanas ou meses. Indicaremos aqui as direções gerais de pesquisa, juntamente com as páginas da Gaia Ciência, onde você pode se manter atualizado sobre as últimas descobertas dos vários gigantes gasosos dentro e fora do sistema solar.

Júpiter: A espaçonave Juno da NASA chegou ao planeta em 2016, somando-se a vários outros estudos feitos por espaçonaves e pelo Telescópio Espacial Hubble. Ela estudou os anéis do planeta, o que é difícil de alcançar de outra forma, pois são muito mais sutis que os de Saturno. A sonda investiga as auroras de Júpiter para aprender sobre sua origem e diferenças em relação a outros planetas, e mergulha profundamente na atmosfera para aprender sobre nuvens dentro da atmosfera do planeta. Os pesquisadores também estão fascinados com o comportamento da Grande Mancha Vermelha, um sistema de tempestades persistente no Hemisfério Sul de Júpiter, que parece estar encolhendo. Mantenha-se atualizado sobre a pesquisa de Júpiter aqui.

Saturno: A sonda Cassini completou mais de uma dúzia de anos de observação em Saturno em 2017. Mas a ciência que a Cassini realizou ainda está muito em progresso, pois os cientistas analisam dados coletados durante seus muitos anos em Saturno. Seus anéis foram usados para sondar a gravidade do planeta, e os cientistas estão bastante interessados nas várias luas geladas ao redor do planeta que podem abrigar vida. Mantenha-se atualizado sobre a pesquisa de Saturno aqui.

Urano: As tempestades de Urano são um alvo frequente tanto para telescópios profissionais quanto para astrônomos amadores, que monitoram como elas evoluem e mudam ao longo do tempo. Os cientistas também estão interessados em aprender sobre a estrutura de seus anéis e do que é feita sua atmosfera. Estudos recentes se concentraram em aspectos como o clima em sua atmosfera e os asteroides troianos que cercam o planeta. Mantenha-se atualizado sobre a pesquisa de Urano aqui.

Urano em raios-X. Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Óptico: WM Keck Observatory

Netuno: Tempestades em Netuno também são um alvo de observação popular e, em 2018, essas observações novamente deram frutos; O trabalho do Telescópio Espacial Hubble mostrou que uma tempestade de longa data está encolhendo. Os pesquisadores notaram que a tempestade está se dissipando de maneira diferente do que seus modelos esperavam, o que mostra que nossa compreensão da atmosfera de Netuno ainda requer refinamento.

Exoplanetas: Nossa busca por exoplanetas está apenas começando, mas à medida que o conjunto de dados cresce cada vez mais, a NASA pretende abordar essas questões em grande escala: O que é um exoplaneta? Existe vida em outros planetas? Quantos exoplanetas existem? Finalmente, onde podemos encontrar exoplanetas e podemos prever suas localizações? E como mencionado anteriormente, a busca por exoluas continua. Fique atento para notícias sobre exoplanetas e também revise nossas maiores descobertas de exoplanetas de 2021 para obter mais informações.

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RECURSOS ADICIONAIS:

• Saiba mais sobre gigantes gasosos e planetas jovianos com mais detalhes com a NASA. 
• Leia sobre como os fluidos supercríticos podem nos ajudar a entender o interior de planetas gasosos gigantes com este artigo publicado no The Conversation. 
• Explore os planetas exteriores com este recurso informativo do site educacional Lumen Learning.

BIBLIOGRAFIA

• "Gigante de gás." NASA. (2021, 22 de março.) https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/gas-giant/
• "Gigante de gás." Dicionário de ficção científica. (2020, 16 de dezembro). https://sfdictionary.com/view/52/gas-giant
• "A busca pela Vida ". NASA. (2020, 8 de dezembro). https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/big-questions/
• "Avanços na Ciência Planetária." Nature. (2016, 4 de outubro). https://www.nature.com/collections/bphtvvsswf/gasgiants
• Trifonov, Trifon, et al. "Dois planetas jovianos em torno da estrela gigante HD 202696: Uma população crescente de pares planetários massivos compactados em torno de estrelas massivas?" The Astronomical Journal 157.3 (2019): 93.
• Jones, MI, et ai. "Quatro planetas jovianos em torno de estrelas gigantes de baixa luminosidade observados pelo EXPRESS e PPPS." Astronomy & Astrophysics 646 (2021): A131.

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Referência:

HOWLL, Elizabeth; DOBRIJEVIC, Daisy. Gas giants: Jovian planets of our solar system and beyond. Space, 10, mar. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/30372-gas-giants.html>. Acesso em: 12, mar. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.