Júpiter, que tem o nome do rei dos antigos deuses romanos, comanda a sua própria miniversão do nosso Sistema Solar de satélites circundantes; os seus movimentos convenceram Galileu Galileu de que a Terra não era o centro do Universo no início do século XVII.
400 anos depois, os astrónomos vão usar o Telescópio Espacial James Webb da NASA para observar estes famosos objetos, levando os instrumentos do observatório às suas capacidades máximas e preparando as bases para descobertas científicas de longo alcance.
Uma equipa de mais de 40 investigadores, liderada pelos astrónomos Imke de Pater da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e Thierry Fouchet do Observatório de Paris, desenharam um ambicioso programa de observação que realizará algumas das primeiras observações científicas do Sistema Solar do Webb – estudando Júpiter, o seu sistema de anéis e duas das suas luas: Ganimedes e Io.
“Será uma experiência realmente desafiadora,” disse de Pater. “Júpiter é tão brilhante, e os instrumentos do Webb são tão sensíveis, que observar o planeta brilhante e os seus anéis e luas mais fracas será um excelente teste de como tirar o máximo proveito da tecnologia inovadora do Webb.”
Geraint F. Lewis / colaboração S5
Impressão de artista do fino fluxo estelar retirado do enxame globular na constelação da Fénix, rodeando a nossa Via Láctea. Para o estudo, os astrónomos tiveram como alvo estrelas gigantes vermelhas e mediram a sua composição química.
Júpiter
Além de calibrar os instrumentos do Webb para o brilho de Júpiter, os astrónomos também devem levar em consideração a rotação do planeta, porque Júpiter completa um dia em apenas 10 horas. Várias imagens têm que ser agregadas num mosaico para capturar completamente uma certa área – a famosa tempestade conhecida como Grande Mancha Vermelha, por exemplo – uma tarefa ainda mais difícil já que o próprio objeto está em movimento. Apesar de muitos telescópios já terem estudado Júpiter e as suas tempestades, o grande espelho e os poderosos instrumentos do Webb vão fornecer novas informações.
“Sabemos que a atmosfera imediatamente acima da Grande Mancha Vermelha é mais fria do que outras áreas de Júpiter, mas a maiores altitudes, na mesosfera, a atmosfera parece ser mais quente. Vamos usar o Webb para investigar este fenómeno,” disse de Pater.
O Webb também irá examinar a atmosfera da região polar, onde a sonda Juno da NASA descobriu grandes grupos de ciclones. Os dados espectroscópicos do Webb vão fornecer muitos mais detalhes do que tem sido possível em observações anteriores, medindo ventos, partículas de nuvens, composição de gases e a temperatura.
As futuras observações de planetas gigantes do Sistema Solar com o Webb vão beneficiar das lições aprendidas nestas observações iniciais do sistema joviano. A equipa tem a tarefa de desenvolver métodos para trabalhar com observações do Webb de planetas do Sistema Solar, que podem ser usadas posteriormente por outros cientistas.
Anéis
Todos os quatro gigantes gasosos do Sistema Solar têm anéis, os de Saturno sendo os mais proeminentes. O sistema de anéis de Júpiter é composto por três partes: um anel principal plano, um halo dentro do anel principal, em forma de lente dupla convexa; e o anel “gossamer”, exterior ao anel principal.
O sistema de anéis de Júpiter é excecionalmente ténue porque as partículas que os compõem são tão pequenas e esparsas que não refletem muita luz. Ao lado do brilho do planeta, praticamente desaparecem, o que representa um desafio para os astrónomos.
“Estamos realmente a puxar as capacidades de alguns instrumentos do Webb ao limite para obter um novo conjunto único de observações,” disse o coinvestigador Michael Wong da Universidade da Califórnia em Berkeley.
A equipa vai testar estratégias de observação para lidar com a luz dispersa de Júpiter, e construir modelos para serem usados por outros astrónomos, incluindo aqueles que estudam exoplanetas em órbita de estrelas brilhantes.
A equipa também vai procurar fazer novas descobertas nos próprios anéis. De Pater realçou que podem haver “luas menores efémeras” no sistema dinâmico de anéis e possíveis ondulações no anel devido a impactos de cometas, como aquelas observadas e rastreadas até ao impacto do Cometa Shoemaker-Levy 9 em 1994.
Ganimedes
Várias características do gelado Ganimedes tornam-no fascinante para os astrónomos. Além de ser a maior lua do Sistema Solar e maior até que o planeta Mercúrio, é a única lua conhecida por ter o seu próprio campo magnético. A equipa vai investigar as partes mais externas da atmosfera de Ganimedes, a sua exosfera, para melhor entender a interação da lua com partículas do campo magnético de Júpiter.
Existem também evidências de que Ganimedes pode ter um oceano de água salgada líquida por baixo da sua espessa superfície de gelo, que o Webb investigará com um estudo espectroscópico detalhado de sais à superfície e de outras substâncias.
A experiência da equipa no estudo da superfície de Ganimedes pode ser útil no estudo futuro de outras luas geladas do Sistema Solar, suspeitas de terem oceanos subterrâneos, incluindo a lua de Saturno, Encélado, e o satélite joviano Europa.
Io
Em contraste dinâmico com Ganimedes, está a outra lua que a equipa vai estudar, Io, o mundo mais vulcanicamente ativo do Sistema Solar. A superfície dinâmica está coberta por centenas de enormes vulcões que superam aqueles da Terra, bem como lagos de lava derretida e planícies de lava solidificada. Os astrónomos planeiam usar o Webb para aprender mais sobre os efeitos dos vulcões de Io na sua atmosfera.
“Ainda há muito que não sabemos sobre a estrutura da temperatura atmosférica de Io, porque ainda não tivemos dados para distinguir a temperatura em diferentes altitudes,” disse de Pater. “Na Terra, temos como certo que, quando subimos uma montanha, o ar fica mais fresco – aconteceria o mesmo em Io? De momento, não sabemos, mas o Webb pode ajudar-nos a descobrir.”
Outro mistério que o Webb vai investigar em Io é a existência de “vulcões furtivos”, que emitem plumas de gás sem poeira que reflete a luz que pode ser detetada por naves espaciais como as missões Voyager e Galileo da NASA, e que por isso até agora não foram detetados. A alta resolução espacial do Webb poderá isolar vulcões individuais que anteriormente apareciam como uma grande mancha quente, permitindo que os astrónomos recolham dados detalhados sobre a geologia de Io.
O Webb também fornecerá dados sem precedentes da temperatura de pontos quentes de Io e determinará se estão mais próximos do vulcanismo da Terra de hoje, ou se têm uma temperatura muito mais alta, semelhante ao ambiente da Terra nos primeiros anos após a sua formação. Observações anteriores da missão Galileo e de observatórios no solo sugeriram estas temperaturas altas; o Webb vai seguir essas investigações e fornecer novas evidências que podem resolver o caso.
Esforço de equipa
As observações detalhadas do Webb não vão suplantar aquelas de outros observatórios, mas ao invés coordenar com eles, explicou Wong. “As observações espectroscópicas do Webb vão cobrir apenas uma pequena área do planeta, de modo que vistas globais de observatórios terrestres podem mostrar como os dados detalhados do Webb encaixam no que está a acontecer a uma escala maior, semelhante à maneira como o Hubble e o Observatório Gemini fornecem contexto para as observações detalhadas e de perto pela sonda Juno.”
Por sua vez, o estudo das tempestades e da atmosfera de Júpiter pelo Webb vão complementar os dados da Juno, incluindo sinais de rádio provenientes de relâmpagos, que o Webb não deteta. “Nenhum observatório ou sonda pode ‘fazer tudo’,” disse Wong, “por isso estamos empolgados com a combinação de dados de vários observatórios para nos contar muito mais do que podemos aprender com apenas uma única fonte.”
Esta investigação está a ser realizada como parte do programa ERS (Early Release Science) do Webb. Este programa fornece tempo para projetos selecionados no início da missão do observatório, permitindo que os investigadores aprendam rapidamente a melhor maneira de utilizar os recursos do Webb, enquanto produzem ciência robusta.
O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório científico espacial do mundo quando for lançado em 2021. Vai resolver mistérios do nosso Sistema Solar, olhar para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigar as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo e o nosso lugar nele. O Webb é um projeto internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros, a ESA e a Agência Espacial Canadiana.
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