O Telescópio Espacial James Webb (JWST) descobriu que um céu nebuloso sobre Plutão congelado está ajudando a resfriar a atmosfera do planeta anão, ao mesmo tempo em que libera metano e outras moléculas orgânicas da atmosfera de Plutão, onde algumas estão sendo posteriormente recolhidas por seu companheiro próximo, Caronte.
A descoberta da névoa foi prevista em 2017 pelo cientista planetário Xi Zhang, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, para explicar por que a fina atmosfera de Plutão é tão permeável. Com base em medições da sonda espacial New Horizons da NASA, que passou por Plutão e Caronte em 2015, o cientista planetário Will Grundy, do Observatório Lowell, no Arizona, calculou que a atmosfera de Plutão está perdendo 1,3 kg (2,9 libras) de metano para o espaço a cada segundo, e cerca de 2,5% desse metano está sendo interceptado por Caronte, manchando seus polos de vermelho com química orgânica. Em nenhum outro lugar do sistema solar vemos uma atmosfera vazando para um corpo vizinho.
A causa desse escape atmosférico era desconhecida, mas Zhang raciocinou que, se a atmosfera de Plutão contivesse uma camada de neblina, essa neblina absorveria a pouca luz ultravioleta extrema do Sol distante que chega a Plutão, fornecendo a energia necessária para dar às moléculas o impulso necessário para escapar para o espaço.
Além de a neblina aquecer as moléculas atmosféricas para que elas possam escapar, Zhang também percebeu que a neblina poderia ter um efeito de resfriamento na atmosfera de Plutão — um efeito que já havia sido detectado na mesosfera de Plutão, que é a terceira camada da atmosfera acima da troposfera praticamente inexistente e da estratosfera mais densa.
A mesosfera de Plutão está localizada entre 20 e 40 quilômetros (12,4 a 24,9 milhas) de altura e atinge uma temperatura máxima de -163 graus Celsius (110 Kelvin/-262 graus Fahrenheit) antes de resfriar a uma taxa de 0,2 graus Celsius por quilômetro, até um mínimo de -203 graus C (70 Kelvin/-334 graus F).
Zhang previu que qualquer resfriamento atmosférico provocado por uma camada de neblina resultaria em emissão térmica em comprimentos de onda do infravermelho médio. A emissão no infravermelho médio já havia sido detectada no sistema Plutão-Caronte antes, desde o Observatório Espacial Infravermelho da Europa em 1997, o Telescópio Espacial Spitzer da NASA em 2004 e o Observatório Espacial Herschel da Europa em 2012. No entanto, em todas as ocasiões, o telescópio não tinha resolução suficiente para distinguir entre Plutão e Caronte e determinar a origem da emissão. Mas o JWST, com seu espelho primário de 6,5 metros (21,4 pés) e o Instrumento de Infravermelho Médio (MIRI), é capaz de distinguir entre Plutão e Caronte. Assim, Zhang, como parte de uma equipe liderada por Tanguy Bertrand, do Observatório de Paris, conseguiu usar o JWST para detectar a emissão térmica no infravermelho médio da névoa, há muito tempo elusiva.
“Usamos o termo ‘névoa’ para descrever camadas de aerossóis sólidos suspensas no alto da atmosfera”, disse Bertrand ao Space.com. “Esses aerossóis dispersam a luz e reduzem a visibilidade, formando uma camada difusa e semitransparente.”
A atmosfera de Plutão é composta principalmente de nitrogênio, com uma pitada de dióxido de carbono e hidrocarbonetos como metano, benzeno, diacetileno e cianeto de hidrogênio. Essa atmosfera é excepcionalmente fina; a pressão na superfície é de apenas 13 microbares, em comparação com a pressão na superfície da Terra, de cerca de 1 bar. (Uma barra equivale a um milhão de microbarras.) E, devido à baixa gravidade de Plutão, a atmosfera superior se estende por uma distância considerável da superfície, por vários raios de Plutão (o raio de Plutão é de 1.188,3 quilômetros, ou 737 milhas). Tudo o que as moléculas precisam é de um leve empurrão para expulsá-las da atmosfera, e a energia para dar esse empurrão vem do Sol.
“Uma fração significativa da radiação ultravioleta extrema solar incidente é absorvida pela atmosfera superior, levando ao aquecimento que impulsiona a perda de massa atmosférica”, disse Bertrand. “Gases atmosféricos como nitrogênio e metano são responsáveis pela absorção da radiação nesses comprimentos de onda.”
Mas como a neblina pode causar, alternativamente, aquecimento e resfriamento atmosféricos?
“O resfriamento ou aquecimento depende das propriedades da neblina, como tamanho, forma e composição das partículas — ou seja, se é gelada com gelo de hidrocarbonetos ou não — que não são muito bem conhecidas”, disse Bertrand. “Estamos atualmente investigando isso com modelos microfísicos de última geração [ou seja, na escala de átomos e moléculas].”
A capacidade da neblina de resfriar ou aquecer a atmosfera significa que ela controla o equilíbrio de energia na atmosfera de Plutão, afetando as temperaturas globais, a circulação atmosférica e o que se considera clima no planeta anão gélido. Este sistema climático é dominado por ciclos de sublimação e congelamento de nitrogênio molecular, metano e monóxido de carbono, grande parte dos quais provém da geleira profunda em Sputnik Planitia, a formação em forma de coração na superfície do planeta anão.
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