Atmosfera de Júpiter

Padrão das nuvens em Júpiter. Em vermelho, as diferentes bandas que compõem a atmosfera joviana. Em azul, a Grande Mancha Vermelha.

A atmosfera de Júpiter é a maior atmosfera planetária do Sistema Solar. É composta principalmente de hidrogênio molecular e hélio em proporções similares às do Sol. Outros elementos e compostos químicos estão presentes em pequenas quantidades e incluem metano, amônia, sulfeto de hidrogênio e água. Embora acredite-se que a água esteja presente nas profundezas da atmosfera, sua concentração é muito baixa. A atmosfera joviana também possui oxigênio, nitrogênio, enxofre e gases nobres. A abundância destes elementos excede três vezes a do Sol.[1]

A atmosfera joviana não possui um limite interno, gradualmente transicionando em fluido no interior do planeta.[2] De baixo para cima, as camadas atmosféricas são troposfera, estratosfera, termosfera e exosfera. Cada camada possui seu gradiente de temperatura característico.[3] A camada mais baixa, a troposfera, possui um sistema complicado de nuvens, com camadas de amônia, hidrosulfeto de amônia e água.[4] As nuvens superiores de amônia são visíveis da superfície do planeta e estão organizadas em um sistema de bandas paralelas ao equador, sendo limitadas por fortes correntes atmosféricas (ventos), conhecidas como jatos. As bandas alternam-se em cor: as bandas de cor mais escura são chamadas de cinturões, e as bandas de cor mais clara, de zonas. Zonas, que são mais frias que cinturões, correspondem às regiões nas quais o ar está se movendo para cima, enquanto nos cinturões o ar está se movendo em direção ao interior do planeta.[5] Acredita-se que a cor das zonas seja resultado de gelo de amônia; não se sabe ainda com certeza o mecanismo que dá aos cinturões suas cores típicas.[5] A origem das bandas e dos jatos não é bem entendida, mas existem dois modelos. O modelo superficial argumenta que tais bandas são fenômenos de superfície ocorrendo sobre um interior estável. Já no modelo profundo, as bandas e os jatos são fenômenos que resultam do movimento do hidrogênio molecular no interior do planeta.[6]

A atmosfera jupiteriana possui vários tipos de fenômenos ativos, incluindo instabilidades das bandas, vórtices (ciclones e anticiclones), tempestades e raios.[7] Os vórtices são grandes ovais vermelhas, brancas ou marrons, sendo que os maiores são a Grande Mancha Vermelha[8] e a Oval BA,[9] ambas de cor vermelha, e, como a maioria dos vórtices de tamanho considerável, são anticiclônicos. Anticiclones menores tendem a ser brancos. Acredita-se que os vórtices sejam estruturas relativamente rasas, com profundidade não excedendo várias centenas de quilômetros. Localizada no hemisfério sul jupiteriano, a Grande Mancha Vermelha é o maior vórtice do Sistema Solar, podendo abrigar várias Terras dentro de si, e já existe por pelo menos três séculos. A Oval BA, localizada ao sul da Grande Mancha, possui um terço do tamanho, e foi formada em 2000 através da fusão de três ovais brancas menores.[10]

Júpiter possui fortes tempestades, sempre acompanhadas por raios. As tempestades são o resultado de convecção úmida na atmosfera, em conjunto com a evaporação e condensação de água. Estas regiões possuem fortes correntes de ar, que correm para cima, levando à formação de nuvens brilhantes e densas. As tempestades formam-se primariamente em cinturões. Os raios de Júpiter são mais potentes que os da Terra, mas ocorrem em menos quantidade, e os níveis de atividade de raios são comparáveis aos da Terra.[11]

Estrutura vertical

Estrutura vertical da atmosfera de Júpiter. Note que a pressão atmosférica cai com a altitude. A sonda atmosférica da Galileu parou de transmitir a uma profundidade de 132 km.[3]

A atmosfera de Júpiter é dividida em quatro camadas, organizadas em ordem de maior altitude: troposfera, estratosfera, termosfera e exosfera. Ao contrário da atmosfera terrestre, a atmosfera jupiteriana não possui uma mesosfera.[12] Júpiter não possui uma superfície sólida, e a camada atmosférica mais profunda, a troposfera, transiciona-se gradualmente em fluido dentro do planeta.[2] Isto acontece por causa da presença de temperaturas e pressões bem acima daquela do ponto crítico do hidrogênio e hélio, significando que não há um limite sólido entre as fases gasosas e líquidas.[2]

Como o limite interior da atmosfera jupiteriana não é bem definido, a base da troposfera é comumente definida como a altitude da atmosfera jupiteriana que possui 10 bar de pressão atmosférica (localizada a 90 km abaixo do nível onde a pressão atmosférica jupiteriana é de 1 bar), com uma temperatura de 340 K.[3] Em contraste, na literatura científica, o ponto de referência para altitudes — a "superfície" de Júpiter, tal como o nível do mar é para a Terra — é no geral definido como a região da atmosfera jupiteriana com 1 bar de pressão.[2] Como na Terra, a camada atmosférica mais externa, a exosfera, não possui um limite superior bem definido.[13] A densidade gradualmente cai até que iguala-se com a densidade do meio interplanetário, a cerca de 5 000 km acima da "superfície".[14]

As variações da temperatura com a altitude na atmosfera jupiteriana são similares às variações presentes na atmosfera terrestre. A temperatura da troposfera diminui à medida que a altitude aumenta, chegando ao mínimo na tropopausa,[15] que é o limite entre a troposfera e a estratosfera. Em Júpiter, a tropopausa está localizada a cerca de 50 km acima das nuvens visíveis (ou do nível de 1 bar), onde a pressão e a temperatura são de cerca de 0,1 bar e 110 K, respectivamente.[3][16] Na estratosfera, as temperaturas aumentam com a altitude, chegando a um máximo de 200 K na transição com a termosfera, a uma altitude de cerca de 320 km, onde a pressão é de 1 μbar.[3] Na termosfera, as temperaturas continuam a aumentar, eventualmente alcançando 1 000 K a cerca de 1 000 km, onde a pressão é de cerca de 1 nbar.[17]

A troposfera de Júpiter contém uma estrutura de nuvens complicada. As nuvens visíveis, localizadas onde a pressão atmosférica varia entre 0,7 a 1 bar, são feitas de gelo de amônia.[18] Debaixo destas nuvens de amônia, acredita-se que haja nuvens de hidrossulfeto de amônia (entre 1,5 e 3 bar) e água (3 a 7 bar).[4][19] Como as temperaturas são muito altas para permitir sua condensação, não existem nuvens de metano.[4] As nuvens de água compõem a camada de nuvens mais densa, e possuem a maior influência nas dinâmicas da atmosfera jupiteriana. Isto é o resultado do maior calor de vaporização da água e da alta abundância de água na atmosfera de Júpiter, em comparação com amônia ou sulfeto de hidrogênio, visto que oxigênio é um elemento químico mais comum que nitrogênio e enxofre.[12] Várias camadas de névoa, na troposfera (a 0,2 bar) e na estratosfera (a 10 bar), residem acima das principais camadas de nuvens.[20] A névoa na estratosfera é formada através da condensação de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos ou hidrazina, que são gerados na parte superior da estratosfera (entre 1 a 100 μbar) a partir de metano sob influência da radiação ultravioleta (UV).[21] A abundância de metano em relação ao hidrogênio molecular na estratosfera é de cerca de 10−4,[14] enquanto a abundância de outros hidrocarbonetos leves, tais como etano e acetileno, relativamente ao hidrogênio molecular, é de cerca de 10−6.[14]

A termosfera de Júpiter está localizada a pressões menores do que 1 μbar, e demonstra fenômenos tais como airglow, auroras e emissões de raios X.[22] Dentro da termosfera localizam-se camadas de maior densidade de elétrons e íons, que formam a ionosfera de Júpiter.[14] Ainda não se sabe completamente o motivo das altas temperaturas prevalentes na termosfera (entre 800 e 1 000 K).[17] Modelos atuais preveem temperaturas de até 400 K.[14] Cogita-se que as altas temperaturas sejam causadas pela absorção de radiação de alta energia proveniente do Sol (tais como UV ou raios X), através do aquecimento das partículas carregadas que precipitam-se da magnetosfera, ou através da dissipação de ondas de gravidade.[23] A termosfera e a exosfera nos polos e em baixas latitudes emitem raios X, que foram primeiramente observados no Observatório Einstein em 1983.[24] As partículas energéticas provenientes da magnetosfera de Júpiter criam auroras ovais brilhantes, que envolvem os polos do planeta. Ao contrário de análogos terrestres, que aparecem apenas durante tempestades magnéticas, auroras em Júpiter são características permanentes da atmosfera do planeta.[24] A termosfera jupiteriana foi o primeiro local fora da Terra onde o cátion trihidrogênio (H+3) foi descoberto.[14] Este íon é emitido fortemente na parte infravermelha do espectro eletromagnético, em comprimentos de onda entre 3 e 5 μm; este é o principal mecanismo de resfriamento da termosfera jupiteriana.[22]

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