Será que Júpiter tem um núcleo sólido?

Os gigantes do gás sempre foram um mistério para nós. Devido às suas densas e ondulantes nuvens, é impossível olhar bem para dentro delas e determinar a sua verdadeira estrutura. Dada a sua distância da Terra, é demorado e caro enviar-lhes naves espaciais, fazendo com que as missões de levantamento sejam poucas e distantes. E devido à sua intensa radiação e forte gravidade, qualquer missão que tente estudá-las tem que ser feita com cuidado.

E ainda assim, os cientistas têm sido durante décadas que este gigante do gás maciço tem um núcleo sólido. Isto é consistente com nossas teorias atuais de como o sistema solar e seus planetas se formaram e migraram para suas posições atuais. Enquanto suas camadas externas de Júpiter são compostas principalmente de hidrogênio e hélio, aumentos na pressão e densidade sugerem que, mais perto do núcleo, as coisas se tornam sólidas.

Estrutura e Composição:

Júpiter é composto principalmente de matéria gasosa e líquida, com matéria mais densa por baixo. Sua atmosfera superior é composta por cerca de 88-92% de hidrogênio e 8-12% de hélio em volume de moléculas de gás, e aproximadamente 75% de hidrogênio e 24% de hélio em massa, com o 1% restante consistindo de outros elementos.

Atmosfera contém quantidades vestigiais de metano, vapor de água, amônia e compostos à base de silício, bem como quantidades vestigiais de benzeno e outros hidrocarbonetos. Há também vestígios de carbono, etano, sulfeto de hidrogênio, néon, oxigênio, fosfina, e enxofre. Cristais de amônia congelada também foram observados na camada mais externa da atmosfera.

O interior contém materiais mais densos, de modo que a distribuição é de aproximadamente 71% de hidrogênio, 24% de hélio e 5% de outros elementos em massa. Acredita-se que o núcleo de Júpiter é uma mistura densa de elementos – uma camada circundante de hidrogênio metálico líquido com algum hélio, e uma camada externa predominantemente de hidrogênio molecular. O núcleo também tem sido descrito como rochoso, mas isto também permanece desconhecido.

Em 1997, a existência do núcleo foi sugerida por medições gravitacionais, indicando uma massa de 12 a 45 vezes a massa da Terra, ou aproximadamente 4%-14% da massa total de Júpiter. A presença de um núcleo também é suportada por modelos de formação planetária que indicam como um núcleo rochoso ou gelado teria sido necessário em algum momento da história do planeta para coletar todo o seu hidrogênio e hélio da nebulosa protosolar.

No entanto, é possível que este núcleo tenha encolhido desde então devido a correntes de convecção de hidrogênio quente, líquido e metálico misturado com o núcleo fundido. Este núcleo pode até estar ausente agora, mas uma análise detalhada é necessária antes que isto possa ser confirmado. A missão Juno, que foi lançada em agosto de 2011 (veja abaixo), é esperada para fornecer algumas informações sobre estas questões, e assim fazer progressos no problema do núcleo.

Formação e Migração:

Nossas teorias atuais sobre a formação do sistema solar afirmam que os planetas se formaram há cerca de 4,5 bilhões de anos a partir de uma Nebulosa Solar (ou seja, Hipótese Nebular). Consistente com esta teoria, acredita-se que Júpiter tenha se formado como resultado da gravidade puxando nuvens giratórias de gás e poeira juntas.

Júpiter adquiriu a maior parte da sua massa de material remanescente da formação do Sol, e acabou com mais do dobro da massa combinada dos outros planetas. De fato, tem sido conjecturado que Júpiter tinha acumulado mais massa, ela teria se tornado uma segunda estrela. Isto se baseia no fato de que sua composição é semelhante à do sol – sendo feita predominantemente de hidrogênio.

Além disso, modelos atuais de formação do sistema solar também indicam que Júpiter se formou mais distante de sua posição atual. No que é conhecido como a Hipótese do Grand Tack, Júpiter migrou em direção ao sol e se estabeleceu em sua posição atual por cerca de 4 bilhões de anos atrás. Essa migração, tem sido argumentada, poderia ter resultado na destruição dos planetas anteriores em nosso sistema solar – o que pode incluir Super Terras mais próximas do sol.

Exploração:

Embora não tenha sido a primeira nave robótica a visitar Júpiter, ou a primeira a estudá-la da órbita (isso foi feito pela sonda Galileu entre 1995 e 2003), a missão Juno foi projetada para investigar os mistérios mais profundos do gigante Joviano. Estes incluem o interior de Júpiter, atmosfera, magnetosfera, campo gravitacional e determinando a história da formação do planeta.

A missão foi lançada em agosto de 2011 e alcançou a órbita ao redor de Júpiter em 4 de julho de 2016. Quando a sonda entrou em sua órbita elíptica polar, após completar um disparo de 35 minutos do motor principal, conhecido como Júpiter Inserção Orbital (ou JOI). Quando a sonda aproximou-se de Júpiter de cima do seu pólo norte, foi-lhe dada uma visão do sistema Jovian, da qual tirou uma foto final antes de iniciar JOI.

Desde então, a nave espacial Juno tem conduzido manobras perijove – onde passa entre a região polar norte e a polar sul – com um período de cerca de 53 dias. Ela completou 5 perijoves desde que chegou em junho de 2016, e tem programado realizar um total de 12 antes de fevereiro de 2018. Neste ponto, exceto em qualquer extensão de missão, a sonda será desorientada e queimará na atmosfera externa de Júpiter.

Como ela faz suas passagens restantes, Juno reunirá mais informações sobre a gravidade, campos magnéticos, atmosfera e composição de Júpiter. Espera-se que esta informação nos ensine muito sobre como a interação entre o interior de Júpiter, sua atmosfera e sua magnetosfera impulsiona a evolução do planeta. E, claro, espera-se fornecer dados conclusivos sobre a estrutura interior do planeta.

Júpiter tem um núcleo sólido? A resposta curta é, nós não sabemos… ainda. Na verdade, poderia muito bem ter um núcleo sólido composto de ferro e quartzo, que é rodeado por uma espessa camada de hidrogênio metálico. Também é possível que a interacção entre este hidrogénio metálico e o núcleo sólido tenha causado a perda do planeta há algum tempo.

Neste ponto, tudo o que podemos fazer é esperar que as pesquisas e missões em curso produzam mais evidências. Estas não só nos ajudarão a refinar nossa compreensão da estrutura interna de Júpiter e sua formação, mas também a nossa compreensão da história do sistema solar e de como ele veio a ser.