Urano é um excêntrico entre os planetas do Sistema Solar. Embora o eixo de rotação da maioria dos planetas seja perpendicular ao seu plano orbital, Urano tem um ângulo de inclinação extremo de 98 graus. Ele tombou de lado, provavelmente devido a uma colisão antiga. Também possui uma órbita retrógrada, oposta aos demais planetas.
O gigante gelado também tem uma relação incomum com o Sol que o diferencia de outros planetas.
A singularidade de Urano estende-se à sua atmosfera superior, chamada termosfera-coroa. A temperatura daquela região está acima de 500 Celsius, e as fontes de calor responsáveis têm intrigado os astrônomos. A coroa estende-se até 50.000 km acima da superfície, o que também a diferencia de outros planetas. Ainda mais estranho, sua temperatura está caindo.
Quando a Voyager 2 passou por Urano em 1986, mediu a temperatura da termosfera. Nas décadas seguintes, os telescópios mediram continuamente a temperatura de Urano. Todas estas medições mostram que a atmosfera superior do planeta está a arrefecer e que a temperatura caiu para metade. Nenhum dos outros planetas experimentou as mesmas mudanças.
Os cientistas sabem que a termosfera de Urano é uma camada tênue. Possui uma ionosfera incorporada e ajuda os astrônomos a medir a temperatura da termosfera. É uma camada de íons que separa a baixa atmosfera da magnetosfera do planeta. H3+ os íons na ionosfera alcançam rapidamente o equilíbrio térmico com os neutros circundantes. Os íons emitem fótons no infravermelho próximo (NIR) que permitem aos astrônomos monitorar a temperatura da termosfera com telescópios terrestres, uma vez que alguns comprimentos de onda do NIR passam pela atmosfera da Terra. É assim que eles sabem que a atmosfera superior está esfriando, enquanto as observações da atmosfera inferior não mostram nenhum resfriamento.
O resfriamento é intrigante e os efeitos sazonais foram descartados como causa da queda de temperatura. O mesmo aconteceu com o ciclo solar de 11 anos do Sol, que vê o nível de energia do Sol mudar.
Uma nova pesquisa publicada na Geophysical Review Letters tem uma explicação para a mudança de temperatura. É intitulado “A energia eólica solar provavelmente governa a temperatura da termosfera de Urano.” O autor principal é o Dr. Adam Masters do Departamento de Física do Imperial College.
Segundo Masters e seus colegas, o vento solar é responsável pelo resfriamento de Urano. O vento solar é um fluxo de partículas carregadas que vem da camada mais externa do Sol, a coroa. É um plasma composto principalmente de elétrons e prótons e também contém núcleos atômicos e íons pesados.
“Este controle aparentemente muito forte da atmosfera superior de Urano pelo vento solar é diferente do que vimos em qualquer outro planeta do nosso Sistema Solar”, disse Adams.
Embora o vento solar seja incessante, as suas propriedades mudam gradualmente ao longo de escalas de tempo que correspondem às mudanças na atmosfera superior de Urano. Desde cerca de 1990, a pressão externa média do vento solar tem caído lenta mas significativamente. A queda não se correlaciona com o conhecido ciclo de 11 anos do Sol, mas está intimamente correlacionada com a mudança de temperatura de Urano.
Isto sugeriu aos investigadores que, ao contrário da Terra, a temperatura de Urano não é controlada por fotões.
É um fato bem conhecido que os fótons do Sol aquecem a Terra. É a base para a vida. Embora a magnetosfera do nosso planeta proteja amplamente a Terra do vento solar, os fótons não são interrompidos.
Urano está muito mais longe do Sol do que a Terra, quase 3 mil milhões de km, enquanto a Terra está apenas a cerca de 228 milhões de km do Sol. A quantidade de fótons que chegam a Urano não é suficiente para aquecer o planeta. Em vez disso, a diminuição do vento solar está permitindo a expansão da magnetosfera de Urano.
Como a magnetosfera protege Urano do vento solar, a sua expansão torna mais difícil para o vento solar chegar ao planeta. A energia flui através do espaço ao redor do planeta, chegando eventualmente à termosfera e controlando sua temperatura.
“O declínio da energia cinética do vento solar, ou da energia eólica solar total quase idêntica, deveria significar o enfraquecimento do aquecimento da termosfera de Urano, levando ao declínio observado da temperatura a longo prazo”, explicam os autores no seu artigo.
Isto significa que para planetas próximos como a Terra, a luz das estrelas controla a temperatura da termosfera, enquanto para planetas mais distantes, o vento solar assume o controle.
Esta descoberta pode afetar uma proposta de missão futura a Urano. A Pesquisa Decadal de Ciência Planetária e Astrobiologia 2023-2032 identificou uma missão a Urano como uma prioridade máxima, embora até agora nenhuma tenha sido aprovada. O conceito da missão chama-se Urano Orbiter and Probe (UOP), e um dos seus principais objetivos é estudar a atmosfera do gigante gelado.
A missão abordaria o mistério do arrefecimento de Urano, mas os cientistas tiveram dificuldade em compreendê-lo. Estas descobertas significam que os objetivos da missão podem ser atualizados, e a questão é como a energia do vento solar entra na magnetosfera incomum de Urano.
Este estudo não só responde a uma questão intrigante sobre Urano, mas também se estende aos exoplanetas. Se este resfriamento solar-vento pode acontecer aqui, pode acontecer em outro lugar.
“Além do Sistema Solar, esta explicação para o arrefecimento da termosfera de Urano implica que os exoplanetas companheiros que hospedam estrelas sem forte condução local (como em Júpiter) e com magnetosferas suficientemente grandes sofrerão uma interação predominantemente eletrodinâmica com a sua estrela-mãe”, escrevem os autores. Para estes exoplanetas, o vento estelar governará fortemente a evolução térmica da atmosfera superior, e não a radiação estelar. O vento estelar também pode impulsionar certos tipos de auroras.
“Esta forte interação estrela-planeta em Urano pode ter implicações para estabelecer se diferentes exoplanetas geram fortes campos magnéticos nos seus interiores – um fator importante na procura de mundos habitáveis fora do nosso Sistema Solar”, concluiu Adams.
