Por do sol em Titã revela a complexidade de exoplanetas nublados

Impressão de artista da sonda Cassini observando um pôr-do-Sol através da atmosfera de Titã. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Cientistas que trabalham com dados da missão Cassini desenvolveram um novo método de compreender as atmosferas dos exoplanetas usando a lua de Saturno envolta em "smog", Titã, como duplo. A nova técnica mostra a grande influência que os céus nublados podem ter na nossa capacidade de aprender mais sobre estes mundos em órbita de estrelas distantes. O trabalho foi realizado por uma equipa de investigadores liderados por Tyler Robinson no Centro de Pesquisa Ames de NASA em Moffett Field, no estado americano da Califórnia. Os resultados foram publicados na edição de 26 de Maio da revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Acontece que há muita coisa que podemos aprender ao olhar para um pôr-do-Sol", afirma Robinson.

A luz do pôr-do-Sol, das estrelas e dos planetas pode ser separada nas suas cores componentes para criar um espectro, tal como os prismas fazem, e assim obter informação escondida. Apesar das incríveis distâncias até outros sistemas planetários, nos últimos anos os astrónomos começaram a desenvolver técnicas para recolher espectros de exoplanetas. Quando um destes mundos transita, ou passa em frente da sua estrela a partir da perspectiva da Terra, parte da luz da estrela viaja pela atmosfera do planeta, onde muda de modo subtil mas mensurável. Este processo imprime informações sobre o planeta que podem ser recolhidas pelos telescópios.

 O espectro resultante é um registo dessa marca. O espectro permite com que os cientistas desvendem detalhes sobre os exoplanetas, como aspectos da temperatura, composição e estrutura das suas atmosferas. Robinson e colegas exploraram uma semelhança entre os trânsitos exoplanetários e o pôr-do-Sol testemunhado pela sonda Cassini em Titã. Estas observações, denominadas ocultações solares, efectivamente permitiram aos cientistas observar Titã como se se tratasse de um exoplaneta em trânsito sem sair do Sistema Solar. No processo, o pôr-do-Sol de Titã revelou quão dramáticos podem ser os efeitos das neblinas.

Vários planetas no nosso próprio Sistema Solar, incluindo Titã, estão cobertos por nuvens e neblinas a alta altitude. Os cientistas esperam que muitos exoplanetas estejam similarmente obscurecidos. As nuvens e neblinas criam uma variedade de efeitos complicados que os cientistas devem trabalhar para desembaraçar da assinatura destas atmosferas alienígenas e, assim, constituem um grande obstáculo para a compreensão das observações de trânsito. Devido à complexidade e ao poder de computação necessário para lidar com atmosferas nubladas, os modelos usados para compreender os espectros exoplanetários geralmente simplificam os seus efeitos.

"Anteriormente, não se sabia exactamente como é que as neblinas afectavam as observações de exoplanetas em trânsito," acrescenta Robinson. "Por isso voltámo-nos para Titã, um mundo cercado por neblina no nosso próprio Sistema Solar que tem sido estudado extensivamente pela Cassini. A equipa usou quatro observações de Titã, levadas a cabo entre 2006 e 2011, pelo instrumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer) da Cassini. A sua análise forneceu resultados que incluem os efeitos complexos derivados das neblinas, que agora podem ser comparados com os modelos e observações de exoplanetas.

Como Titã como exemplo, Robinson e colegas descobriram que as neblinas altas em alguns exoplanetas em trânsito podem estritamente limitar o que os seus espectros revelam aos observadores do trânsito planetário. As observações podem ser capazes de recolher informações somente da atmosfera superior do planeta. Em Titã, isso corresponde a cerca de 150-300 km por cima da superfície da lua, bem acima da maior parte da sua atmosfera densa e complexa.

Um achado adicional do estudo é que as neblinas de Titã afectam mais fortemente comprimentos de onda mais curtos, ou cores mais azuis. Os estudos dos espectros exoplanetários têm comumente assumido que as neblinas afectam todas as cores da luz de forma semelhante. Os estudos do pôr-do-Sol através da neblina de Titã revelaram que este não é o caso. Os cientistas têm inventado regras para o comportamento dos planetas durante um trânsito, mas Titã não recebeu esse aviso," comenta Mark Marley, co-autor do estudo, também de Ames. "E não se parece nada com as sugestões anteriores e é por causa da neblina."

A técnica da equipa aplica-se igualmente bem para observações semelhantes obtidas em órbita de qualquer mundo, não apenas Titã. Isto significa que os investigadores podem também estudar as atmosferas de planetas como Marte e Saturno no contexto de atmosferas exoplanetárias. É gratificante ver que o estudo do Sistema Solar pela Cassini está também a ajudar-nos a compreender melhor outros sistemas estelares," acrescenta Curt Niebur, cientista do programa Cassini na sede da NASA em Washington.