A missão Juno da NASA forneceu as primeiras medições da temperatura abaixo da superfície da lua de Júpiter, Io, revelando um aquecimento significativo no subsolo raso do mundo mais vulcanicamente ativo do sistema solar. Coletados durante dois sobrevoos próximos, os dados também mostram que a maior parte da superfície de Io é surpreendentemente lisa e composta por material de densidade muito baixa.
Publicadas na quarta-feira no Journal of Geophysical Research: Planets, essas descobertas abrem novos caminhos observacionais tanto para mundos incandescentes quanto para mundos gelados além do nosso planeta.
O vulcanismo extremo de Io é alimentado por aquecimento por marés. A lua é constantemente esticada e comprimida pela imensa gravidade de Júpiter enquanto percorre sua órbita ligeiramente elíptica, gerando uma produção de calor interna muitas vezes maior do que a da Terra. Até agora, praticamente tudo o que se sabia sobre esse calor vinha de observações no infravermelho, que detectam apenas a temperatura da superfície superior. Os resultados mais recentes derivam de dados coletados pelo instrumento Microwave Radiometer (MWR) da nave espacial.
“O Microwave Radiometer da Juno observou diretamente a produção de calor de Io ao olhar abaixo da superfície”, disse Scott Bolton, coautor do estudo e investigador principal da Juno no Southwest Research Institute, em San Antonio. “A descoberta surpreendente de que poderíamos ver abaixo da superfície de uma lua rochosa tem implicações importantes para estudar os vulcões da Terra. A Juno nos ensinou que, se olharmos com um instrumento do tipo MWR perto de um vulcão na Terra, poderíamos ver uma assinatura semelhante no gradiente de temperatura do subsolo, fornecendo novas informações sobre como os vulcões terrestres funcionam.”
Fogo, gelo
O Microwave Radiometer da Juno foi projetado por Bolton para observar por baixo do topo das nuvens de Júpiter e investigar a dinâmica e a composição da atmosfera profunda do gigante gasoso. As seis antenas de micro-ondas do MWR funcionam como um único instrumento, detectando simultaneamente micro-ondas em uma ampla faixa de comprimentos de onda, de cerca de meia polegada a 20 polegadas (1,3 a 51 centímetros). Durante a fase estendida da missão, o instrumento MWR proporcionou a oportunidade de observar três das luas galileanas do planeta: Ganymede, Europa e Io.
“A técnica é inovadora porque cada comprimento de onda explora profundidades diferentes, oferecendo uma nova forma de caracterizar a atmosfera profunda dos gigantes gasosos e as crostas do subsolo de luas geladas e rochosas”, disse Bolton. “Em Ganymede e Europa, exploramos dezenas de milhas abaixo da superfície, assumindo que suas crostas de gelo eram majoritariamente água pura, mas a capacidade de sondar a rocha vulcânica em Io foi uma descoberta inesperada.”
Durante sobrevoos em 30 de dezembro de 2023 e 3 de fevereiro de 2024, a nave espacial Juno, movida a energia solar, chegou a cerca de 930 milhas (1.500 quilômetros) da superfície da lua.
“O instrumento mediu a emissão térmica de Io em profundidades que vão de alguns centímetros para baixo até dezenas de pés. Em todo lugar para onde olhamos, encontramos a temperatura subindo em mais de 40 graus Fahrenheit apenas alguns pés abaixo da superfície — um gradiente muito mais acentuado do que apenas o aquecimento solar consegue explicar”, disse Shannon Brown, autora principal do artigo no NASA’s Jet Propulsion Laboratory, no sul da Califórnia.
Os dados sugerem duas explicações possíveis. Primeiro, o calor poderia estar subindo de forma constante por meio de uma crosta condutiva. Esse fluxo de calor de base — medido em 1 a 3 watts por metro quadrado — é relativamente suave em escala local (algo como uma pequena luz noturna brilhando sob cada metro quadrado), mas, ao longo de toda a lua, ele representa uma liberação de energia de até 30 vezes a média da Terra. Alternativamente, o sinal poderia estar vindo do resfriamento de fluxos de lava, cobertos por uma crosta solidificada de cerca de 30 a 35 pés (9 a 11 metros), que recobre aproximadamente 10% da superfície da lua em qualquer momento.
“Io oferece uma janela única para aprender como o aquecimento por marés funciona ao longo de todo o cosmos, um processo fundamental que fornece energia e calor a mundos muito distantes de sua estrela-mãe”, disse Bolton. “Esse processo pode não apenas criar o corpo mais vulcânico do sistema solar, no caso de Io, mas também alimentar os oceanos no subsolo das luas de planetas gigantes, como Europa e Ganymede. Até este ponto, só podíamos observar o calor escapando na superfície ou por meio de erupções. Agora podemos caracterizar como o calor se move do interior em direção à superfície.”
Great plains de Io
Outra grande percepção obtida pelos dois sobrevoos é o quão lisa Io é. Antes dos resultados recentes, a lua era conhecida por suas montanhas altas, mas o MWR indica que, além dessa topografia visível, existem extensas áreas lisas que se estendem por 60 milhas (100 quilômetros) ou mais. Como a Juno sobrevoou regiões de Io com sobreposição em diferentes ângulos, a equipe conseguiu mapear como a superfície reflete micro-ondas, de modo semelhante a como um passageiro de uma companhia aérea poderia ver o oceano refletir a luz do Sol apenas em ângulos específicos.
“Afastando-se de suas montanhas, a superfície é mais parecida com as Great Plains da América do Norte, e mesmo que Io seja um corpo rochoso, o material da superfície tem uma densidade muito baixa — mais como pedra-pomes ou uma cinza vulcânica fofa do que como rocha sólida”, disse Brown.
Mais sobre Juno
Uma divisão da Caltech em Pasadena, Califórnia, o JPL gerencia a missão Juno para o investigador principal, Scott Bolton, do Southwest Research Institute. A Juno faz parte do programa New Frontiers da NASA, que é gerenciado na agência’s Marshall Space Flight Center em Huntsville, Alabama, para a NASA’s Science Mission Directorate em Washington. A Lockheed Martin Space, em Denver, construiu e opera a nave espacial. Mais informações sobre a Juno estão em:
https://science.nasa.gov/mission/juno