Os segredos de Io, a Lua vulcânica de Júpiter: lava e marés gigantescas desde os primórdios do Sistema Solar
Esta imagem revelando a região polar norte da Lua Io de Júpiter foi tirada em 15 de outubro de 2023 pela câmera JunoCam a bordo da sonda espacial Juno da Nasa. Como as altas latitudes não foram bem cobertas pelas imagens coletadas pelas missões Voyager e Galileo da Nasa, três dos picos capturados aqui foram observados pela primeira vez. Essas montanhas são vistas na parte superior da imagem, perto do terminador (a linha que divide o dia e a noite).
A Lua prateada da Terra é impressionante de várias maneiras, mas não se compara às luas dos planetas gigantes gasosos do Sistema Solar, que são mundos à parte. Algumas, como as Luas Europa ou Encélado, têm oceanos de água líquida espetaculares e talvez sejam até habitáveis. E depois há a Io, a impressionante Lua vulcânica do planeta Júpiter.
Io é o objeto mais vulcânico conhecido pela ciência. Uma cor de ferrugem, seus mares rochosos de lava são maiores do que cidades e suas plumas de erupção se arqueiam pelo céu como guarda-chuvas infernais. No entanto, até agora, os cientistas tinham pouca ideia da história de Io, incluindo há quanto tempo ela é tão eruptiva.
O vulcanismo de Io significa que a Lua se renova a cada milhão de anos. Todos os mundos são dinâmicos, e aqueles com corações geológicos pulsantes mudam — às vezes de maneiras extremas. O passado da Terra, por exemplo, era muito diferente da sua forma atual.
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E Io? Será que sempre foi um cenário infernal em chamas? Para descobrir, os astrônomos estudaram a química atmosférica do satélite para calcular quanto tempo pode ter levado para que inúmeras erupções alterassem sua composição desde um ponto inicial antigo. No entanto, conforme relataram hoje na revista “Science”, Io parece ter estado em erupção contínua por bilhões de anos — talvez até 4,5 bilhões de anos, ou pelo tempo que o próprio Sistema Solar existe. Em outras palavras, Io tem sido vulcanicamente hiperativo desde que o sol começou a brilhar.
“Estamos vendo Io exatamente como sempre foi!”, diz Jani Radebaugh, geóloga planetária da Universidade Brigham Young, em Utah, nos Estados Unidos, que não participou do novo trabalho. Isso faz de Io uma espécie de máquina do tempo, cujo motor térmico inflexível — alimentado por marés gravitacionais — pode nos contar sobre mundos próximos e distantes.
“Esse processo ocorre em todo o Sistema Solar, bem como em exoplanetas”, afirma Katherine de Kleer, astrônoma planetária da Caltech e principal autora do estudo. “Estudamos Io para entender melhor esse processo universal.”
“Na Lua Io, as marés são tão fortes que a superfície de Io salta 100 metros para cima e para baixo, algo comparável a um pequeno arranha-céu.”
Como é a Lua Io, o “paraíso vulcânico” de Júpiter
O Sistema Solar pode não parecer tão mutável da perspectiva humana. Mas certamente é, em escalas de tempo astronômicas. Por exemplo, nos últimos anos, os cientistas descobriram que os icônicos anéis de Saturno não eram elementos permanentes, mas decorações recentes: eles se formaram há algumas centenas de milhões de anos e desaparecerão em um período de tempo semelhante.
Io, então, pode não ter sido sempre o maestro vulcânico que é hoje. Mas, para descobrir, precisamos entender como funciona seu vulcanismo — e por que ele é tão dramático.
Em 1979, dois grandes momentos científicos estabeleceram as bases: a sonda Voyager 1 da Nasa voou pelo sistema joviano e fotografou enormes nuvens de matéria vulcânica subindo acima da superfície de Io, e uma equipe independente de cientistas calculou que Io pode possuir uma fonte de calor potente, mas incomum.
Essa previsão matemática veio das estranhas viagens de Europa e Ganimedes, um par de luas próximas a Io. Cada vez que Ganimedes completa uma órbita de Júpiter, Europa completa duas e Io completa quatro. Esse ritmo, conhecido como ressonância, altera a própria órbita de Io, moldando-a em algo mais elíptico do que circular.
Quando Io está mais próximo de Júpiter em sua órbita instável, ele sofre uma atração gravitacional mais forte; quando está mais distante, a atração gravitacional de Júpiter é um pouco mais fraca. Isso causa marés em Io semelhantes às que a Lua da Terra causa nos mares e oceanos do nosso mundo. Mas, neste caso, as marés são tão fortes que a superfície de Io salta 100 metros para cima e para baixo — comparável a um pequeno arranha-céu.
Todo esse movimento cria muito atrito, o que gera uma quantidade surpreendente de calor. Dentro de Io, esse calor derrete uma quantidade considerável de rocha, talvez criando um oceano de magma. E isso alimenta algumas erupções verdadeiramente violentas em sua superfície, muitas vezes assumindo a forma de rios de lava semelhantes a serpentes, mais longos do que a maioria das versões aquáticas da Terra, colunas imponentes de confetes de lava ricos em enxofre e caldeirões de rocha líquida que agem como portais para o submundo de Io.
“É incrível”, diz de Kleer. “Tem esses vulcões que nos dão uma visão do que está acontecendo dentro da lua, algo que normalmente não temos.”
A natureza extrema de seu vulcanismo não se limita às erupções. Além de compostos que contêm enxofre, ele expele gases compostos de sódio e cloreto de potássio. Na Terra, usamos esses gases para temperar nossos alimentos. “É como se fosse gás de sal de cozinha saindo dos vulcões”, diz de Kleer.
Grande parte do material ejetado também pode ser lançado através da fina bolha atmosférica de Io para o espaço. Lá, ele se mistura com a luz solar, fica eletricamente excitado, antes de cair nos céus magnetizados de Júpiter e explodir como auroras poderosas — a versão do gigante gasoso das luzes do norte e do sul da Terra.
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A Lua Io pode estar em erupção há 4,5 bilhões de anos
A fonte de calor de Io — um mecanismo conhecido como aquecimento das marés — é, em última análise, responsável por toda essa magia planetária. Os cientistas queriam saber se esse aquecimento das marés sempre existiu na lua. Mas, como ela é tão vulcanicamente ativa, seus fluxos de lava cobriram rápida e repetidamente sua superfície, enterrando qualquer evidência de processos geológicos antigos.
“Não é possível olhar para a superfície de Io e dizer algo sobre o que aconteceu há mais de um milhão de anos”, diz de Kleer. É por isso que ela e sua equipe adotaram uma abordagem diferente e olharam para o céu.
Io perde até três toneladas de material por segundo para o Espaço por meio de sua degasagem vulcânica e erosão atmosférica. “Pode-se argumentar que Io está perdendo sua massa como um cometa”, diz Apurva Oza, astrofísico planetário do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa, que não participou do novo trabalho.
Com o tempo, isso significaria que as erupções atuais de Io seriam relativamente mais ricas em versões mais pesadas (isótopos) de vários elementos químicos do que nas mais leves, porque os isótopos mais leves na atmosfera superior podem escapar mais facilmente para o espaço. Se a equipe pudesse medir as proporções atuais dos isótopos pesados da atmosfera em relação aos isótopos mais leves, poderia calcular quanto tempo levaria para Io chegar a esse estado a partir de um reservatório original de compostos subterrâneos, mas eruptíveis, dentro de Io.
Usando o observatório Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile para observar os gases na atmosfera de Io — principalmente o enxofre —, a equipe de de Kleer fez exatamente isso. Eles também estimaram o reservatório “original” de isótopos mais pesados e mais leves da lua usando (entre outras coisas) meteoritos antigos, que preservam um registro da química média da era primitiva do sistema solar.
Eles descobriram que a alta proporção de isótopos de enxofre mais pesados na atmosfera atual de Io sugere que esta lua perdeu 94 a 99% de seu reservatório original de enxofre. E a única maneira que faz sentido e se encaixa nos modelos pré-existentes da evolução de Júpiter e suas luas internas é que Io esteja em erupção há talvez 4,5 bilhões de anos.
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Como as Luas Io e Europa, dois dos maiores satélites de Júpiter, estão conectados
“A dinâmica orbital dos satélites planetários pode se tornar muito caótica”, afirma James Tuttle Keane, cientista planetário do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, que não participou do novo trabalho. As luas podem entrar e sair de órbitas estáveis, às vezes colidindo ou sendo potencialmente ejetadas do sistema solar por completo.
Mas parece que Io, Ganimedes e Europa “têm dançado” de maneira semelhante há bilhões de anos, e “o Io que vemos hoje é de certa forma representativo do Io ao longo de sua longa história”, diz Keane.
Isso é extraordinário por si só, mas também tem implicações para a vizinha de Io, Europa. Esse orbe gelado não só tem um oceano de água líquida sob sua camada congelada, como também se acredita que seja mantido aquecido e líquido pelo aquecimento das marés. Isso significa que, se Io tem sido vulcanicamente ativa por bilhões de anos, então o oceano de Europa pode ser igualmente primitivo.
“Talvez isso tenha algumas implicações para a história de habitabilidade da Lua Europa a longo prazo”, diz de Kleer. Ainda não sabemos se esse oceano contém vida. Mas, se contiver, ele deve sua existência à mesma força eterna que faz Io brilhar com fogo vulcânico.
