Como serão as ondas noutros planetas?

Num dia calmo, uma brisa leve mal consegue ondular a superfície de um lago na Terra. Mas em Titã, a maior lua de Saturno, um semelhante vento suave provocaria ondas de 3 metros de altura.

Este comportamento do outro mundo é uma das previsões de um novo modelo de ondas desenvolvido por cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology). O modelo é o primeiro a captar toda a dinâmica das ondas e o que é necessário para as provocar em diferentes condições planetárias.

Num estudo publicado na revista Journal of Geophysical Research: Planets, a equipa do MIT apresenta o modelo, ao qual deram o nome apropriado de “PlanetWaves”. Aplicam o modelo para prever como as ondas se comportam em corpos planetários que possam albergar lagos e oceanos líquidos, incluindo Titã, o antigo Marte e três planetas para lá do Sistema Solar.

O modelo prevê que um vento suave seria suficiente para agitar ondas enormes em Titã, onde os lagos estão cheios de hidrocarbonetos líquidos leves. Em contraste, seriam necessários ventos com a força de um furacão para mal mover a superfície de um lago no exoplaneta 55 Cancri e, que se pensa ser um mundo de lava coberto por rocha líquida quente e densa.

“Na Terra, estamos habituados a certas dinâmicas das ondas”, afirma o autor do estudo Andrew Ashton, cientista associado do WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) e membro do corpo docente do Programa Conjunto MIT-WHOI. “Mas com este modelo, podemos ver como as ondas se comportam em planetas com diferentes líquidos, atmosferas e gravidade, o que pode, de certa forma, desafiar a nossa intuição”.

A equipa está particularmente interessada em compreender como as ondas se formam em Titã. Esta grande lua é o único outro corpo planetário do Sistema Solar, além da Terra, que se sabe albergar atualmente lagos líquidos.

“Em qualquer lugar onde haja uma superfície líquida sobre a qual sopre vento, existe a possibilidade de se formarem ondas”, afirma Taylor Perron, professor de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias no MIT. “No caso de Titã, o que é intrigante é que não temos qualquer observação direta de como são esses lagos. Por isso, não sabemos ao certo que tipo de ondas poderão existir lá. Agora, este modelo dá-nos uma ideia”.

Se um dia os humanos enviassem uma sonda aos lagos de Titã, o novo modelo da equipa poderia servir de base para a construção de naves espaciais resistentes às ondas.

“Seria necessário construir algo capaz de resistir à energia das ondas”, afirma a autora principal, Una Schneck, estudante no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. “Por isso, é importante saber que tipo de ondas estes instrumentos teriam de enfrentar”.

Entre os coautores do estudo contam-se Charlene Detelich e Alexander Hayes, da Universidade de Cornell, e Milan Curcic, da Universidade de Miami.

“A primeira lufada”

Quando o vento sopra sobre a água, cria ondas que podem ser suficientemente fortes para esculpir linhas costeiras e redistribuir os sedimentos trazidos para a costa pelos rios. Através deste processo, as ondas podem ser uma força significativa na formação da paisagem ao longo do tempo. Schneck e colegas, que estudam a evolução da paisagem na Terra e noutros planetas, questionaram-se sobre como as ondas se comportariam noutros mundos onde a gravidade, as condições atmosféricas e a composição dos líquidos podem ser muito diferentes das encontradas na Terra.

“Já houve tentativas, no passado, de prever como a gravidade afetaria as ondas noutros planetas”, diz Schneck. “Mas não quantificam outros fatores, como a composição do líquido que está a formar as ondas. Esse foi o grande avanço deste projeto”.

Ela e os seus colegas desenvolveram um modelo de ondas completo que tem em conta não só a gravidade de um planeta, mas também as propriedades do seu líquido superficial, tais como a densidade, a viscosidade e a tensão superficial, ou seja, a resistência de um líquido à formação de ondulações. A equipa também incorporou o efeito da pressão atmosférica de um planeta. Com este modelo, pretendiam prever como a superfície líquida de um planeta evoluiria em resposta a ventos de uma determinada velocidade.

“Imagine um lago completamente calmo”, sugere Ashton. “Estamos a tentar perceber qual é a primeira lufada de vento que vai criar aquelas primeiras ondulações minúsculas, até se transformar numa onda oceânica completa”.

Fazendo ondas

A equipa testou primeiro o seu novo modelo com dados de ondas na Terra. Utilizaram medições de ondas recolhidas por boias no Lago Superior ao longo de 20 anos. Descobriram que o modelo, que tinha em conta a gravidade da Terra, a composição do líquido (água) e as condições atmosféricas, era capaz de prever com precisão a velocidade do vento necessária para gerar ondas no lago e a altura que as ondas atingiam com uma determinada intensidade de vento.

Os investigadores aplicaram então o modelo para prever como as ondas se comportariam noutros corpos planetários que se sabe terem líquido na sua superfície. Analisaram primeiro Titã, onde a missão Cassini da NASA captou anteriormente imagens de radar de formações lacustres, que os cientistas suspeitam estarem atualmente cheias de metano e etano líquidos. A equipa utilizou o novo modelo para calcular a dinâmica das ondas da lua, tendo em conta a sua gravidade, pressão atmosférica e composição do líquido.

Descobriram que, em Titã, é surpreendentemente fácil formar ondas. O líquido relativamente leve, combinado com a baixa gravidade e a pressão atmosférica, faz com que até mesmo um vento suave consiga provocar ondas enormes.

“Parece um pouco como ondas altas a moverem-se em câmara lenta”, diz Schneck. “Se estivéssemos na margem deste lago, talvez sentíssemos apenas uma brisa suave, mas veríamos estas ondas enormes a fluir na nossa direção, o que não é o que esperaríamos na Terra”.

Os investigadores também analisaram a atividade das ondas no antigo Marte. O Planeta Vermelho abriga muitas bacias de impacto que podem ter estado outrora cheias de água, antes de a atmosfera do planeta se dissipar e a água se evaporar. Uma dessas bacias é a Cratera Jezero, que está atualmente a ser explorada pelo rover Perseverance da NASA. Com o novo modelo, a equipa demonstrou que, à medida que a atmosfera de Marte desaparecia gradualmente, reduzindo a sua pressão ao longo do tempo, seriam necessários ventos mais fortes para criar as mesmas ondas.

Para além do Sistema Solar, os investigadores aplicaram o modelo a três exoplanetas diferentes. O primeiro, LHS 1140 b, é uma “super-Terra fria”, o que significa que é mais frio e maior do que a Terra. O planeta possui água líquida, embora, por ser tão grande, tenha uma gravidade mais forte. O modelo demonstrou que o mesmo vento na Terra geraria ondas de água muito mais pequenas na super-Terra, devido à diferença de gravidade.

A equipa também analisou Kepler-1649 b, um planeta semelhante a Vénus, que possui uma gravidade semelhante à da Terra, com lagos de ácido sulfúrico, cuja densidade é cerca de duas vezes superior à da água. Nestas condições, os investigadores descobriram que seriam necessários ventos muito fortes para provocar sequer uma ondulação neste “exo-Vénus”, em comparação com a Terra.

Este efeito é ainda mais pronunciado no terceiro planeta, 55 Cancri e – um mundo de lava que tem uma gravidade superior à da Terra e um líquido superficial muito mais denso e viscoso. Os cientistas suspeitam que o planeta abriga oceanos de rocha liquefeita. Neste ambiente, o modelo prevê que ventos com a força de um furacão na Terra, de cerca de 130 km/h, gerariam apenas pequenas ondas com alguns centímetros de altura no mundo de lava.

Para além de revelar novas formas como as ondas se podem comportar noutros planetas, Perron espera que o modelo responda a questões de longa data sobre a formação da paisagem planetária.

“Ao contrário da Terra, onde existe frequentemente um delta onde um rio encontra a costa, em Titã há muito poucas coisas que se assemelham a deltas, apesar de haver muitos rios e costas. Será que as ondas são responsáveis por isto?”, questiona-se Perron. “Este é o tipo de mistérios que este modelo nos ajudará a resolver”.

// MIT (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Journal of Geophysical Research: Planets)

Saiba mais:

Onda de superfície:
Wikipedia

Titã:
NASA
Wikipedia
The Nine Planets

Marte:
NASA
Wikipedia
The Nine Planets

LHS 1140 b:
NASA
Exoplanet.eu
Wikipedia

Kepler-1649 b:
NASA
ipac
Exoplanet.eu
Wikipedia

55 Cancri e:
NASA
ipac
Exoplanet.eu 
Wikipedia

Exoplanetas:
Wikipedia
Lista de planetas (Wikipedia)
Lista de exoplanetas potencialmente habitáveis (Wikipedia)
Lista de exoplanetas mais próximos (Wikipedia)
Lista de extremos (Wikipedia)
Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu