No pólo sul de Júpiter se esconde uma visão impressionante - mesmo para um planeta gigante gasoso coberto por faixas coloridas que ostentam uma mancha vermelha maior do que a Terra. Perto do pólo sul do planeta, principalmente escondido dos olhos curiosos dos humanos, é uma coleção de tempestades em turbilhão dispostas em um padrão geométrico incomum.

Desde que foram avistados pela primeira vez pela sonda espacial Juno da NASA em 2019, as tempestades apresentam um mistério para os cientistas. As tempestades são análogas aos furacões na Terra. Contudo, em nosso planeta, furacões não se juntam nos pólos e giram em torno uns dos outros na forma de um pentágono ou hexágono, assim como as curiosas tempestades de Júpiter.

Agora, uma equipe de pesquisa trabalhando no laboratório de Andy Ingersoll, Professor de ciência planetária da Caltech, descobriu por que as tempestades de Júpiter se comportam de maneira tão estranha. Eles fizeram isso usando matemática derivada de uma prova escrita por Lord Kelvin, um físico matemático e engenheiro britânico, quase 150 anos atrás.

Ingersoll, que era membro da equipe Juno, diz que as tempestades de Júpiter são notavelmente semelhantes às que assolam a costa leste dos Estados Unidos a cada verão e outono, apenas em uma escala muito maior.

"Se você foi abaixo do topo das nuvens, você provavelmente encontraria gotas de chuva de água líquida, saudação, e neve, "ele diz." Os ventos seriam ventos com a força de um furacão. Os furacões na Terra são um bom análogo dos vórtices individuais dentro desses arranjos que vemos em Júpiter, mas não há nada tão belíssimo aqui. "

Como na Terra, As tempestades de Júpiter tendem a se formar mais perto do equador e, em seguida, derivar em direção aos pólos. Contudo, Os furacões e tufões da Terra se dissipam antes de se aventurarem muito longe do equador. Júpiter continuará avançando até que eles alcancem os pólos.

"A diferença é que na terra os furacões ficam sem água quente e correm para os continentes, "Ingersoll diz. Júpiter não tem terra, "então há muito menos atrito porque não há nada contra o que esfregar. Há apenas mais gás sob as nuvens. Júpiter também tem calor remanescente de sua formação que é comparável ao calor que recebe do sol, portanto, a diferença de temperatura entre seu equador e seus pólos não é tão grande quanto na Terra. "

Contudo, Ingersoll diz, esta explicação ainda não leva em conta o comportamento das tempestades, uma vez que atingem o pólo sul de Júpiter, o que é incomum, mesmo em comparação com outros gigantes gasosos. Saturno, que também é um gigante gasoso, tem uma enorme tempestade em cada um de seus pólos, em vez de uma coleção de tempestades geometricamente organizada.

A resposta ao mistério de por que Júpiter tem essas formações geométricas e outros planetas não, Ingersoll e seus colegas descobriram, poderia ser encontrado no passado, especificamente no trabalho realizado em 1878 por Alfred Mayer, um físico americano, e Lord Kelvin. Mayer colocou ímãs circulares flutuantes em uma piscina de água e observou que eles se organizariam espontaneamente em configurações geométricas, semelhantes aos vistos em Júpiter, com formas que dependiam do número de ímãs. Kelvin usou as observações de Mayer para desenvolver um modelo matemático para explicar o comportamento dos ímãs.

"No século 19, as pessoas estavam pensando em como peças giratórias de fluido se organizariam em polígonos, "Ingersoll diz." Embora houvesse muitos estudos de laboratório desses polígonos fluidos, ninguém havia pensado em aplicar isso a uma superfície planetária. "

Para fazer isso, a equipe de pesquisa usou um conjunto de equações conhecidas como equações de águas rasas para construir um modelo de computador do que pode estar acontecendo em Júpiter, e começou a fazer simulações.

"Queríamos explorar a combinação de parâmetros que tornam esses ciclones estáveis, "diz Cheng Li (Phd '17), autor principal e 51 Pegasi b pós-doutorado na UC Berkeley. "Existem teorias estabelecidas que preveem que os ciclones tendem a se fundir no pólo devido à rotação do planeta e foi isso que descobrimos nos ensaios iniciais."

Eventualmente, Contudo, a equipe descobriu que um arranjo geométrico de tempestades semelhante a Júpiter se formaria se cada uma delas fosse cercada por um anel de ventos que virasse na direção oposta das tempestades giratórias, ou um chamado anel anticiclônico. A presença de anéis anticiclônicos faz com que as tempestades se repelam, em vez de mesclar.

Ingersoll diz que a pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor como o clima na Terra se comporta.

"Outros planetas fornecem uma gama muito mais ampla de comportamentos do que você vê na Terra, " ele diz, "então você estuda o clima em outros planetas para testar suas teorias."

O papel, intitulado, "Modelando a estabilidade de padrões poligonais de vórtices nos pólos de Júpiter, conforme revelado pela nave espacial Juno, "aparece na edição de 8 de setembro da Proceedings of the National Academy of Sciences.