Correntes de jatos sobre Júpiter | Wave Rattling Jet Stream on Jupiter

Novas filmagens de Júpiter são a primeiras a  captar uma onda invisivel que agita uma das correntes de jato do planeta gigante, um interação que também ocorre na atmosfera terrestre e influencia o clima. 

Os filmes, feitos com imagens da espaçonave Cassini da NASA em seu sobrevoo de  Júpiter, em 2000, são parte de um estudo aprofundado conduzido por uma equipe de cientistas e astrônomos amadores liderados por Amy Simon-Miller, do Centro Goddard de Voos Espaciais em Greenbelt, Maryland, EUA, publicado na edição de abril de 2012 da Icarus.

"Esta é a primeira vez que alguém realmente vê diretamente o movimento das ondas em uma das correntes de jato de Júpiter,"diz Simon-Miller, autor principal do artigo.

"E pela comparação desse tipo de interação na atmosfera terrestre com o que acontece em um planeta tão radicalmente diferente como Júpiter, pode-se aprender muito a respeito dos dois planetas."

Como a Terra, Júpiter tem várias correntes de jato em movimento acelerado que circundam o globo. As correntes de jato mais fortes e mais conhecidas da Terra são as próximas aos polos norte e sul; como esses ventos sopram de oeste para leste, eles seguem a rota oceânica, vagando para o norte e o sul. 

O que estabelece essas correntes de jato em seus caminhos de meandros e, às vezes, as faz soprar sobre a  Flórida e outras regiões quentes com ar gelado são seus encontros com ondas em movimento lento na atmosfera terrestre, chamadas ondas Rossby.

Em contraste, as correntes de jato de Júpiter "sempre pareceram ser retas e estreitas," diz o coautor John Rogers, diretor da Seção Júpiter da Associação  Astronômica Britânica em Londres, e um dos astrônomos amadores  envolvidos neste estudo.

As ondas Rossby foram identificadas em Júpiter cerca de 20 anos atrás, no hemisfério norte. Mesmo assim, os esperados ventos sinuosos não podiam ser rastreados diretamente, e não há nenhum indício de que tenham sido encontrados no hemisfério sul, o que deixou confusos os cientistas planetários.

Para ter um panorama mais completo, a equipe analisou imagens obtidas pela espaçonave Voyager, o Telescópio Espacial Hubble, e a Cassini, bem como observações feitas ao longo de uma década por astrônomos amadores, compiladas pelo Projeto JUPOS.

As filmagens dão um close em uma só corrente de jato no hemisfério sul de Jupiter. Uma linha de pequenas "bifurcações" escuras, em formato de V, formou-se ao longo de uma extremidade da corrente de jato e corre de oeste para leste com o vento. Posteriormente, as linhas bem ordenadas começam a se enrugar, com cada divisa movendo-se para cima e para baixo (norte e sul) uma de cada vez. E pela primeira vez, fica claro que as correntes de jato de Jupiter, como as da Terra, se desviam do curso.

"É a assinatura da onda Rossby," diz David Choi, pós-doutrorando do NASA Goddard que agrupou cerca de cem imagens da Cassini para fazer cada filme de lapso temporal. "As bifurcações na corrente de jato em movimento rápido interagem com a onda  Rossby, de movimento mais lento, e é isso o que se vê quando as bifurcações oscilam."

As análises da equipe também revelam que as bifurcações estão ligadas a um diferente tipo de onda na atmosfera de Júpiter, chamada uma onda de inércia de gravidade. A Terra também tem ondas de inércia de gravidade, e sob condições apropriadas, elas podem ser vistas em padrões de nuvens que se repetem.

"A atmosfera de um planeta é bem parecida com as cordas de um instrumento," diz o coautor Michael D. Allison do Instituto Goddard de Voos Espaciais da Nasa em Nova York. "Se você tocar a corda, ela pode ressoar em frequências diferentes, que nós ouvimos como notas distintas. Da mesma forma, uma atmosfera pode ressoar de maneiras diferentes, razão pela qual encontramos diferentes tipos de ondas."

Caracterizar essas ondas deverá fornecer importantes pistas sobre as camadas mais profundas da atmosfera de Júpiter, até aqui inacessíveis ao sensoriamento remoto, diz Allison.

Crucial para o estudo são as informações complementares  que a equipe pôde recuperar das imagens detalhadas feitas pela espaçonave e registros visuais mais completos fornecidos por astrônomos amadores. Por exemplo, as imagens de alta resolução da espaçonave tornaram possível estabelecer a velocidade máxima do vento das correntes de jato, e então os astrônomos amadores envolvidos no estudo procuraram nas imagens obtidas com equipamentos baseados no solo por variações na velocidade dos ventos.

A equipe também se baseou em imagens que astrônomos amadores juntaram de uma grande tempestade transitória chamada Perturbação Equatorial Sul. Este registro visual remonta a 1999, quando membros da comunidade identificaram a mais recente recorrência da tempestade bem ao sul do equador de Júpiter. Análises dessas imagens revelaram a dinâmica desta tempestade e seu impacto nas bifurcações. A equipe acredita agora que essa tempestade, aliada à Grande Mancha Vermelha, é responsável por muitas das diferenças notadas entre as correntes de jato e as ondas Rossby nos dois lados do equador de Júpiter.

"Nós estamos apenas começando a investigar o comportamento de longo prazo dessa atmosfera alienígena," diz o coautor Gianluigi Adamoli, astrônomo amador na Itália. "Compreender as analogias emergentes entre a  Terra e Júpiter, assim como as obviamente profundas diferenças, nos ajuda a  entender fundalmente o que é uma atmosfera e como ela pode se comportar."

New movies of Jupiter are the first to catch an invisible wave shaking up one of the giant planet's jet streams, an interaction that also takes place in Earth's atmosphere and influences the weather. The movies, made from images taken by NASA's Cassini spacecraft when it flew by Jupiter in 2000, are part of an in-depth study conducted by a team of scientists and amateur astronomers led by Amy Simon-Miller at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md., and published in the April 2012 issue of Icarus.

"This is the first time anyone has actually seen direct wave motion in one of Jupiter's jet streams," says Simon-Miller, the paper's lead author. "And by comparing this type of interaction in Earth's atmosphere to what happens on a planet as radically different as Jupiter, we can learn a lot about both planets."

Like Earth, Jupiter has several fast-moving jet streams that circle the globe. Earth's strongest and best known jet streams are those near the North and South Poles; as these winds blow west to east, they take the scenic route, wandering north and south. What sets these jet streams on their meandering paths-and sometimes makes them blast Florida and other warm places with frigid air-are their encounters with slow-moving waves in Earth's atmosphere, called Rossby waves.

In contrast, Jupiter's jet streams "have always appeared to be straight and narrow," says co-author John Rogers, who is the Jupiter Section Director of the British Astronomical Association, London, U.K., and one of the amateur astronomers involved in this study.

Rossby waves were identified on Jupiter about 20 years ago, in the northern hemisphere. Even so, the expected meandering winds could not be traced directly, and no evidence of them had been found in the southern hemisphere, which puzzled planetary scientists.

To get a more complete view, the team analyzed images taken by NASA's Voyager spacecraft, NASA's Hubble Space Telescope, and Cassini, as well as a decade's worth of observations made by amateur astronomers and compiled by the JUPOS project.

The movies zoom in on a single jet stream in Jupiter's southern hemisphere. A line of small, dark, v-shaped "chevrons" has formed along one edge of the jet stream and zips along west to east with the wind. Later, the well-ordered line starts to ripple, with each chevron moving up and down (north and south) in turn. And for the first time, it's clear that Jupiter's jet streams, like Earth's, wander off course.

"That's the signature of the Rossby wave," says David Choi, the postdoctoral fellow at NASA Goddard who strung together about a hundred Cassini images to make each time-lapse movie. "The chevrons in the fast-moving jet stream interact with the slower-moving Rossby wave, and that's when we see the chevrons oscillate."

The team's analysis also reveals that the chevrons are tied to a different type of wave in Jupiter's atmosphere, called a gravity inertia wave. Earth also has gravity inertia waves, and under proper conditions, these can be seen in repeating cloud patterns.

"A planet's atmosphere is a lot like the string of an instrument," says co-author Michael D. Allison of the NASA Goddard Institute for Space Studies in New York. "If you pluck the string, it can resonate at different frequencies, which we hear as different notes. In the same way, an atmosphere can resonate with different modes, which is why we find different kinds of waves."

Characterizing these waves should offer important clues to the layering of the deep atmosphere of Jupiter, which has so far been inaccessible to remote sensing, Allison adds.

Crucial to the study was the complementary information that the team was able to retrieve from the detailed spacecraft images and the more complete visual record provided by amateur astronomers. For example, the high resolution of the spacecraft images made it possible to establish the top speed of the jet stream's wind, and then the amateur astronomers involved in the study looked through the ground-based images to find variations in the wind speed.

The team also relied on images that amateur astronomers had been gathering of a large, transient storm called the South Equatorial Disturbance. This visual record dates back to 1999, when members of the community spotted the most recent recurrence of the storm just south of Jupiter's equator. Analysis of these images revealed the dynamics of this storm and its impact on the chevrons. The team now thinks this storm, together with the Great Red Spot, accounts for many of the differences noted between the jet streams and Rossby waves on the two sides of Jupiter's equator.

"We are just starting to investigate the long-term behavior of this alien atmosphere," says co-author Gianluigi Adamoli, an amateur astronomer in Italy. "Understanding the emerging analogies between Earth and Jupiter, as well as the obviously profound differences, helps us learn fundamentally what an atmosphere is and how it can behave."