Em Titã e noutros planetas, PlanetWaves explica as ondas

Predicting waves on alien planets

Na Terra, as ondas raramente aparecem do nada. Sem vento a sério, um lago fica quase liso: no máximo uns pequenos enrugamentos e um brilho na superfície. Dá a sensação de que, para levantar ondas, é preciso um empurrão consistente.

Noutros mundos, porém, as regras mudam. Em Titã, a maior lua de Saturno, uma brisa semelhante pode gerar ondas com a altura de um edifício de um piso. Parece contraintuitivo, mas é precisamente o efeito de ambientes com gravidade, atmosfera e “oceanos” muito diferentes dos nossos.

Os cientistas tentam decifrar essas regras há décadas. As ondas podem parecer simples, mas dependem de uma combinação de fatores como gravidade, pressão do ar e a composição do líquido. Mude apenas um desses ingredientes e o comportamento altera-se de formas que até especialistas nem sempre antecipam.

Investigadores criaram recentemente um modelo que junta todos esses fatores. Chamam-lhe PlanetWaves, e é a primeira ferramenta capaz de simular por completo como as ondas se formam e crescem em diferentes planetas.

O PlanetWaves não se limita à gravidade. Também incorpora a espessura da atmosfera e as propriedades do próprio líquido, incluindo a sua densidade e viscosidade.

“On Earth, we get accustomed to certain wave dynamics,” said study author Andrew Ashton, associate scientist at the Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) and faculty member of the MIT-WHOI Joint Program.

“But with this model, we can see how waves behave on planets with different liquids, atmospheres, and gravity, which can kind of challenge our intuition.”

O trabalho, liderado pela estudante de doutoramento Una Schneck e colegas do MIT, abre uma janela para lugares que ainda não conseguimos visitar. E ajuda também a interpretar melhor características que já observámos, mas que ainda não compreendemos totalmente.

Waves shape more than water

As ondas fazem mais do que mexer na água. Ao longo do tempo, moldam linhas de costa, transportam sedimentos e até alteram o desenho de regiões inteiras. Na Terra, contribuem para esculpir praias e para formar deltas onde os rios encontram o mar.

“There have been attempts in the past to predict how gravity will affect waves on other planets,” Schneck said. “But they don’t quantify other factors such as the composition of the liquid that is making waves. That was the big leap with this project.”

A equipa quis perceber o que dá início a uma onda. “Imagine a completely still lake,” Ashton said. “We’re trying to figure out the first puff that will make those first little tiny ripples, on up to a full ocean wave.”

Titan’s slow giant waves

Titã destaca-se por ser o único lugar, além da Terra, onde se sabe que existe líquido estável à superfície neste momento. Mas os seus lagos não são de água: estão cheios de metano e etano, que se comportam de forma muito diferente.

“Anywhere there’s a liquid surface with wind moving over it, there’s potential to make waves,” said Taylor Perron, a professor of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences at MIT.

“For Titan, the tantalizing thing is that we don’t have any direct observation of what these lakes look like. So we don’t know for sure what kind of waves might exist there. Now this model gives us an idea.”

O modelo indica que a baixa gravidade de Titã e os líquidos mais leves tornam mais fácil o crescimento das ondas. Mesmo um vento fraco pode criar ondas com até cerca de 3 metros de altura.

E não rebentam depressa como as ondas do oceano na Terra. Em vez disso, deslocam-se de forma mais lenta, quase como se o tempo estivesse “esticado”.

“It kind of looks like tall waves moving in slow motion,” Schneck said. “If you were standing on the shore of this lake, you might feel only a soft breeze, but you would see these enormous waves flowing toward you, which is not what we would expect on Earth.”

Planning for rough alien seas

Estas conclusões não são apenas uma curiosidade. Podem influenciar a forma como exploramos outros mundos. Se uma sonda algum dia amarar nos lagos de Titã, terá de aguentar essas ondas grandes e de movimento lento.

“You would want to build something that can withstand the energy of the waves,” said Schneck. “So it’s important to know what kind of waves these instruments would be up against.”

Projetar para essas condições pode implicar materiais mais resistentes ou formatos diferentes, para manter as sondas estáveis à superfície.

From Mars to distant lava worlds

O modelo não se fica por Titã. Também recua no tempo até Marte, onde grandes bacias podem ter contido água. À medida que o planeta foi perdendo a atmosfera, a pressão do ar desceu.

Essa mudança tornou mais difícil o vento gerar ondas, o que significa que seriam necessários ventos mais fortes para agitar a superfície.

Fora do nosso Sistema Solar, as diferenças tornam-se ainda mais extremas. Num planeta grande como o LHS 1140 b, a gravidade mais forte mantém as ondas mais pequenas, mesmo com a mesma intensidade de vento da Terra. Num mundo semelhante a Vénus, com líquidos espessos e densos, as ondas têm dificuldade em formar-se.

E há ainda o 55 Cancri e, um planeta que se pensa ter oceanos de rocha derretida. Aí, até ventos a cerca de 130 km/h mal criariam pequenas ondulações. O líquido é simplesmente demasiado espesso e pesado para se mover com facilidade.

Rethinking alien coastlines

Este tipo de modelação pode ajudar a responder a questões que intrigam os cientistas há anos. Um exemplo é a linha de costa de Titã. Ao contrário da Terra, tem muito poucas formações de delta, apesar de existirem rios a desaguar nos lagos.

“Unlike on Earth where there is often a delta where a river meets the coast, on Titan there are very few things that look like deltas, even though there are plenty of rivers and coasts. Could waves be responsible for this?” Perron said. “These are the kinds of mysteries that this model will help us solve.”

Perceber as ondas oceânicas noutros mundos pode parecer um passo pequeno. Mas soma-se. Cada insight ajuda a construir uma imagem mais nítida de como os planetas evoluem e de como diferem daquele que conhecemos melhor.

O estudo completo foi publicado na revista Journal of Geophysical Research: Planets.