Lição de Mestre: Estrutura interna de Júpiter

Acredita-se que Júpiter seja composto de um núcleo denso, circundado por hidrogênio metálico com algum hélio e uma camada exterior, composta principalmente de hidrogênio molecular, mas ainda existem dúvidas consideráveis sobre a estrutura interna do planeta. O núcleo é muitas vezes descrito como rochoso, mas sua composição em detalhes é desconhecida, bem como as propriedades destes materiais na temperatura e pressão destas profundidades. Em 1997, a existência de um núcleo sólido foi sugerida por medidas gravitacionais, indicando uma massa de 12 a 45 vezes a da Terra, ou 3% a 15% da massa jupteriana. Modelos mais recentes indicam a presença de um núcleo, com 14 a 18 massas terrestres.

A presença de um núcleo durante ao menos parte da história de Júpiter é sugerida por modelos de formação planetária, envolvendo a formação inicial de um núcleo rochoso ou de gelo, massivo ou suficiente para atrair gravitacionalmente o hidrogênio e o hélio presentes na nebulosa protossolar. Assumindo que tenha existido, o núcleo pode ter diminuído em tamanho à medida que correntes de convecção de hidrogênio metálico líquido levassem material do núcleo derretido para níveis mais altos do interior planetário. Um núcleo sólido pode não existir, já que as medidas gravitacionais não são suficientemente precisas para negar esta possibilidade.

A região do núcleo é circundada pelo manto, formado primariamente por hidrogênio metálico denso, que estende-se até 78% do raio do planeta. Hélio e Néon precipitam-se através desta camada, em direção ao núcleo, reduzindo a abundância destes materiais na atmosfera exterior do planeta.

Acima do manto localiza-se o interior transparente da atmosfera de hidrogênio líquido e hidrogênio gasoso, com a porção gasosa estendendo-se da camada de nuvens visíveis até uma profundidade de cerca de 1 000 km. Acredita-se que não há uma fronteira clara entre essas camadas de diferentes densidades de hidrogênio; as condições variam lentamente do gás até a camada sólida à medida que se aprofunda.

A temperatura dentro de Júpiter aumenta com a profundidade. Na região de fase de transição, no qual hidrogênio líquido — aquecido para além do seu ponto crítico — torna-se metálico, acredita-se que a temperatura seja de 10 000 K. A temperatura na fronteira do núcleo é estimada em 36000 K.

A atmosfera de Júpiter

Júpiter é coberto por nuvens compostas por cristais de amoníaco e possivelmente hidrosulfeto de amônio. As nuvens estão localizadas na tropopausa, e estão organizadas em bandas de diferentes latitudes, conhecidas como regiões tropicais. Estas estão subdivididas em “faixas” de cor clara, e “cinturões” de cor escura. As interações destas diferentes bandas e os seus respetivos padrões de circulação atmosférica criam zonas nas quais tempestades e turbulências atmosféricas ocorrem. Ventos de até 100 m/s (360 km/h) são comuns em tais regiões. As zonas possuem comprimento, cor e intensidade variáveis com o passar do tempo, mas têm permanecido estáveis o suficiente para receberem termos de identidade da comunidade astronômica.

A camada de nuvens possui apenas 50 km de profundidade, e consiste em duas partes: uma camada grossa inferior e uma camada mais fina, menos visível, superior. Há a possibilidade de existirem nuvens de água sob a camada de amoníaco, que seriam a causa dos raios detetados na atmosfera. Estas descargas elétricas podem ter mil vezes o poder dos raios terrestres. As nuvens de água poderiam formar tempestades, alimentadas pelo calor proveniente do interior do planeta.

As nuvens de Júpiter possuem cores de tom laranja e marrom. Isto é devido a elementos que mudam de cor quando expostos aos raios ultravioleta do Sol. Não se sabe com exatidão quais os elementos envolvidos e sua composição, mas acredita-se que sejam fósforo, enxofre ou hidrocarbonetos. Estes compostos coloridos, chamados de cromóforos, misturam-se com as nuvens da camada inferior.

Devido à baixa inclinação axial de Júpiter, as regiões polares do planeta recebem muito menos radiação solar do que a região equatorial. A convecção de material do interior do planeta, porém, transporta energia para os polos, homogeneizando as temperaturas na camada de nuvens.