À volta de Júpiter
"Quase 20 anos após o fim da missão Galileo a Júpiter, uma equipa que inclui investigadores do LIP encontrou iões de oxigénio e enxofre de alta energia nas cinturas internas de Júpiter. "
Quase 20 anos depois do fim da missão Galileo da NASA a Júpiter, os cientistas continuam a desvendar os segredos do extenso conjunto de dados da missão. Pela primeira vez, a equipa de investigação conseguiu determinar de forma inequívoca que os iões de alta energia que rodeiam o gigante gasoso, integrando a sua cintura de radiação interna, são principalmente iões de oxigénio e de enxofre. Acredita-se que estes tenham tido origem em erupções vulcânicas na lua de Júpiter Io. Perto da órbita da lua Amalteia, que tem uma órbita mais interna, a equipa encontrou uma concentração inesperadamente alta de iões de oxigénio de alta energia, que não pode ser explicada pela actividade vulcânica de Io. Tudo aponta para a acção de uma fonte de iões anteriormente desconhecida. Os resultados do estudo foram agora publicados na revista Science Advances. O estudo foi conduzido por uma equipa liderada pelo Instituto Max Planck para a Investigação do Sistema Solar (MPS) na Alemanha e incluindo também o Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA), Laboratório de Física Aplicada Johns Hopkins (EUA), Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas, LIP (Portugal) e Academia de Atenas (Grécia).
Planetas com campos magnéticos globais próprios, como a Terra, Júpiter e Saturno, são cercados pelas chamadas cinturas de radiação: partículas carregadas em movimento rápido presas no campo magnético, como electrões, protões e iões mais pesados, formando acumulações invisíveis de partículas de forma toroidal. Atingindo velocidades próximas da velocidade da luz, estas partículas podem ionizar moléculas com que colidem, criando um ambiente que pode ser perigoso para as sondas espaciais e seus instrumentos. O gigante gasoso Júpiter tem as cinturas de radiação mais extremas do Sistema Solar.
A nave Galileo da NASA chegou ao sistema de Júpiter em 1995. Equipada com o Heavy Ion Counter (HIC), construído pelo Instituto de Tecnologia da Califórnia, e com o Energetic Particle Detector (EPD), desenvolvido pelo Johns Hopkins Applied Physics Laboratory em colaboração com o MPS, a missão passou os oito anos seguintes a fornecer informações fundamentais sobre a distribuição e dinâmica de partículas carregadas em redor do gigante gasoso. No entanto, para proteger a nave, esta inicialmente voou apenas em regiões externas e menos extremas das cinturas de radiação. Só em 2003, pouco antes do fim da missão, quando um risco maior era justificável, Galileu se aventurou na região mais interna das órbitas das luas Amalteia e Teba. A partir de Júpiter, Amalteia e Tebe são a terceira e quarta luas do planeta gigante. As órbitas de Io e Europa ficam mais distantes. Na exploração recente dos dados das complexas regiões mais internas, o LIP tem tido um papel importante no estudo da interação de partículas energéticas com o gelo presente nos anéis de Júpiter realizando simulações de Monte Carlo
Com a ajuda deste tesouro científico, os autores do estudo agora publicado conseguiram determinar pela primeira vez a composição de iões dentro das cinturas de radiação internas, bem como as suas velocidades e distribuições espaciais. Ao contrário das cinturas de radiação da Terra e de Saturno, que são dominadas por protões, a região interna da órbita de Io contém também grandes quantidades de iões de oxigénio, e também de enxofre, muito mais pesados. A lua Io com seus mais de 400 vulcões activos, que lança grandes quantidades de enxofre e dióxido de enxofre para o espaço e, em menor grau, Europa, são provavelmente as principais fontes.
Mais para o interior, dentro da órbita de Amalteia, a composição de iões muda drasticamente em favor do oxigénio. Na verdade, era esperado que a concentração diminuísse nesta região, pois as luas Amalteia e Tebe absorvem iões que chegam, efeito conhecido, por exemplo, do sistema saturniano. A única explicação para o aumento da concentração de iões de oxigénio é a existência de uma fonte local na região mais interna das cinturas de radiação. A libertação de oxigénio nas colisões de iões de enxofre com as partículas de poeira fina dos anéis de Júpiter constitui uma possibilidade. O LIP desenvolveu as simulações GEANT4 da produção de partículas secundárias - iões e isótopos - nas colisões entre protões e iões de enxofre magnetosféricos energéticos e partículas de gelo existentes nos anéis de Júpiter, mostrando que este é um dos processos que pode explicar as observações. No entanto, também é concebível que as ondas eletromagnéticas de baixa frequência no ambiente magnetosférico das cinturas de radiação mais internas aqueçam os iões de oxigénio até às energias observadas. Em qualquer caso, os dois mecanismos candidatos estabelecem que o interesse das cinturas de radiação de Júpiter se estende ao domínio da astrofísica.
O LIP desenvolveu, em conjunto com a EFACEC e com parceiros internacionais, o detector RADEM, que vai medir o "ambiente de partículas energéticas e radiação" na magnetosfera de Júpiter. O RADEM faz parte dos instrumentos da missão JUICE, a próxima grande missão da ESA, que será lançada em 2023 para estudar as Luas Geladas de Jupiter.