O que há em um gigante gasoso?
Não, é sério. Os interiores de Júpiter e Saturno são realmente muito difíceis de sondar. Mas o sistema de anéis exclusivamente glorioso e extenso de Saturno está provando ser uma excelente ferramenta para descobrir as densidades profundas abaixo de suas grossas camadas de nuvens, até o núcleo.
Esse núcleo, de acordo com uma nova análise de "oscilações" no anel principal mais íntimo de Saturno, provavelmente não é uma bola densa de níquel e ferro, como muitos pensam,mas uma região "difusa" de hidrogênio e hélio, com uma mistura gradual de elementos mais pesados, estendendo-se a 60% do raio do planeta e contendo cerca de 17 massas terrestres de gelo e rocha.
Este achado, publicado na Nature Astronomy,é semelhante às descobertas recentes sobre o interior de Júpiter com base em dados juno, e poderia mudar nossas suposições sobre a estrutura inicial de Saturno e a história de formação.
"Os núcleos felpudos são como uma lama", disse o cientista planetário e principal autor do estudo, Christopher Mankovich, da Caltech.
"O hidrogênio e o gás hélio no planeta gradualmente se misturam com mais e mais gelo e rocha à medida que você se move em direção ao centro do planeta. É um pouco como partes dos oceanos da Terra onde a saliça aumenta à medida que você chega a níveis mais profundos e profundos, criando uma configuração estável."
Como o núcleo poderia ser. (Caltech/R. Hurt, IPAC)Como podemos aprender isso com os anéis de Saturno? Tudo tem a ver com a forma como os ruídos na barriga de Saturno influenciam o campo gravitacional externo do planeta.
"Usamos os anéis de Saturno como um sismógrafo gigante para medir oscilações dentro do planeta", disse o coautor e astrofísico da Caltech Jim Fuller. "Esta é a primeira vez que conseguimos sondar sismicamente a estrutura de um planeta gigante gasoso, e os resultados foram bastante surpreendentes."
Ondas acústicas e oscilações dentro de corpos cósmicos são uma ferramenta brilhante para sondar sua estrutura interior.
Fazemos isso aqui na Terra, onde terremotos enviam ondas semelhantes ondulando pelo planeta; como essas ondas saltam por lá pode revelar diferentes densidades,permitindo-nos identificar estruturas que nunca poderíamos esperar ver.
No Sol, e outras estrelas, ondas acústicas interiores se manifestam como flutuações de brilho.
Saturno não é lugar para um sismômetro, e não sofre flutuações de brilho, mas alguns anos atrás,os cientistas notaram padrões de assinatura no anel C de Saturno, o mais íntimo de seus anéis principais.
Estes, concluíram, eram improváveis de serem produzidos pelas luas de Saturno, pois tais padrões estão nos anéis externos; em vez disso, parecem ser geradas por oscilações profundas no interior planetário, que influenciam o campo gravitacional.
Como as oscilações internas devem afetar os anéis de Saturno. (Matthew Hedman/Universidade de Idaho)Assim, emergiu o campo da kronoseismologia: o estudo do interior de Saturno analisando essas ondas no anel C.
Agora, a equipe da Caltech conduziu uma nova análise de uma onda interna anteriormente caracterizada do anel C, cuja frequência era muito menor do que o esperado do modelo interior de Saturno estabelecido. Este padrão de frequência, eles descobriram, coloca uma nova restrição rigorosa na composição interior de Saturno.
"Nossos modelos colocam restrições apertadas na massa e no tamanho do núcleo de elementos pesados de Saturno, embora a natureza diluída deste núcleo exija uma descrição mais matizada do que em modelos em camadas tradicionais", escrevem em seu artigo.
Com base nessas restrições, eles inferiram que a massa do núcleo é cerca de 55 vezes a massa da Terra, contendo 17 massas terrestres de rocha e gelo.
O resto seria predominantemente hidrogênio e hélio; a coisa toda é difusa e gradualmente misturada, em vez de estratificação estritamente delineada, com uma concentração mais densa de elementos mais pesados no centro.
Isso representa um desafio para modelos de formação planetária. Acredita-se que os planetas se formam a partir de um modelo de acreção de pedras de baixo para cima, no qual pequenos pedaços de rocha estão eletroestaticamente ligados até que a "semente" planetária seja grande o suficiente para atrair gravitacionalmente mais e mais material – eventualmente formando um planeta.
Para gigantes gasosos, como Júpiter e Saturno, pensava-se que o material mais pesado afundava em direção ao centro, formando um núcleo sólido e deixando o gás de menor densidade subir para as regiões externas.
Modelos recentes sugerem distribuição mais gradual do material; ou é possível que a mistura convectiva resulte em uma distribuição mais gradual.
Mesmo assim, modelar caminhos de formação para um núcleo confuso tem se mostrado desafiador, e é provável que uma ciência mais complexa jiggery-pokery será necessária para entender completamente como isso pode acontecer.
Isso pode estar colocando o carrinho um pouco antes do cavalo, no entanto. O novo estudo é baseado em uma onda de anel C. Um pouco mais de kronoseismologia ajudaria a validar a interpretação de um núcleo de Saturno confuso.
A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em maio de 2021.