ESA Science & Technology - Winners Portugal

13-15 years old: Ice plumes at the south pole of Enceladus

 Author: Afonso Falcão Ponce de Leão Paulouro

A missão da Cassini em Saturno está prestes a terminar. Como terminar em grande? Apoio o estudo do primeiro astro: Encelados. Há várias razões para esta lua ser o astro mais promissor, tendo em conta os objetivos da missão. Encelados é um local incontornável no sistema solar no que conta à procura de vida, pois tem vários fatores que o tornam habitável, o que é determinado com diferentes condições, todas cumpridas por esta lua. Para um astro suportar vida, são necessários vários fatores:

1. Água. Como se sabe, esta lua tem um oceano de água líquida por baixo de toda a sua superfície. Há ainda gases no oceano, como azoto, metano e dióxido de carbono, que são essenciais para a vida (como a conhecemos na Terra).

2. Produção de energia. Apesar de a luz do sol ser refletida pela lua (o objeto que mais luz reflete no sistema solar) e do sol estar mais longe do que da Terra, não sendo possível a produção de energia por parte de seres vivos (como as nossas plantas), Encelados tem géiseres que emitem água salgada no estado líquido, bem como compostos orgânicos e pequenos pedaços de gelo, ou seja, produz-se energia num processo hidrotermal.

3. Temperatura. Mesmo com temperatura gélida à superfície, por baixo desta, pensa-se que a temperatura de Encelados (no fundo do oceano) chega a 93ºC, e que diminui à medida que nos aproximamos da superfície. O nível de temperatura deve-se à fricção causada pela força da gravidade que Saturno exerce sobre as suas outras luas.

4. Placas tectónicas. Estas permitem a renovação do fundo do oceano, a um nível geológico, o que permitirá reciclar o carbono da lua, que volta à superfície, por acção vulcânica.

Se a Cassini ou uma outra sonda visitar os jatos gelados e recolher amostras sobre estes, saber-se-á se existe ou não vida em Encelados. Com estas características, já vários cientistas apoiaram a visita da sonda Cassini a diferentes localizações de Encelados, para estudar diversos casos que intrigam vários grupos de cientistas. Por exemplo, observaram-se imagens do pólo sul de Encelados com luz de microondas e a temperatura era superior à esperada. Se visitarmos esta l

13-15 years old: Ice plumes at the south pole of Enceladus

Na lua Encelados de Saturno foram descobertos jatos gelados e gostaríamos de saber mais informações sobre este tema. Gostaríamos de saber a composição dos jatos e o seu pH (se são ácidos ou básicos), se a sua composição é igual à dos géiseres da Terra, saber a sua densidade, a sua velocidade na saída da superfície dos géiseres e como são emitidos? Gostaríamos de saber se os jatos gelados são bons ou maus condutores de eletricidade e as substâncias que estão presentes nos jatos. Se pelos jatos gelados, se através da impulsão conseguimos saber a densidade e a sua composição química (átomos, moléculas e iões) de Encelados, se é condutor, quais as substâncias que facilitam a sua impulsão. Se há corrente elétrica nos polos da lua, se há fluxo de água em cima do gelo em forma de árvore. Lá também poderá haver evidências da Teoria Constructal que a sonda consegue captar? Gostaríamos de saber o intervalo de temperatura que poderá haver nos jatos.

13-15 years old: The lakes of Titan

Muito pouco se sabe acerca de Titã e dos seus lagos. A sonda Cassini encontra-se em orbita perto desta lua, aumentando as probabilidades de virmos a descobrir nova informação acerca dos seus lagos. Várias perguntas surgem acerca de titã e dos seus lagos de metano, permitindo-nos aplicar os nossos conhecimentos adquiridos acerca dos conteúdos lecionados nas aulas de Físico-Química. Uma das perguntas é como se pode aplicar a Lei de Arquimedes nos lagos de Titã? Aprofundando essa questão iremos descobrir a força de impulsão nos lagos do metano de Titã, podendo comparar os valores dessa mesma impulsão com os valores do mesmo fluido na Terra. Com esses valores será possível saber também a densidade dos lagos de metano e a força gravítica de Titã? Na Terra, a vida é ”premiada” com o Ciclo da Água. Nesta lua, será possível que também ocorra com o ciclo do metano? Em caso afirmativo, também várias questões se colocam, como, se existirá precipitação, evaporação, condensação (nuvens de metano), solidificação e outros fenómenos atmosféricos? Com todos estes dados, é também possível saber qual a composição dos lagos de metano e o seu pH? Podendo afirmar ou não os tipos de vida que poderão existir, algumas caraterísticas morfológicas dos seres vivos, etc… De uma coisa temos a certeza, Titã tem muito para dar!

16-18 years old: The lakes of Titan

A possibilidade de escolher um dos destinos das próximas observações da sonda Cassini é de uma responsabilidade deliciosamente assustadora mas, baseamo-nos em Júlio Verne que dizia que “a ciência compõe-se de erros que, por sua vez, são os passos até a verdade”, para justificar Titã como objetivo primordial. Mais concretamente, o Mare Ligeia, não só para consolidar os dados já obtidos pela sonda Huygens, que se desacoplou da Cassini e aterrou em Titã, obtendo imagens da sua superfície mas, também, manter-se uma linha orientadora de pesquisa: recolher o máximo de dados sobre um só aspeto, analisar, retirar as elações e, então, avançar-se para outro objetivo. Saber, o mais concretamente possível, como são constituídos os seus mares e lagos, pode ser fundamental para melhor conhecer esta lua gigante e, talvez, ajudar a compreender uma parte da dinâmica e funcionamento do planeta Saturno bem como permitir retirar dados que ajudem a esclarecer a formação de outros planetas e do nosso planeta Terra, em particular. Esta variedade e quantidade de superfície “liquida” só aguça a vontade de saber o que cada um alberga. Este conhecimento tem dado azo a inúmeras especulações, sobretudo pelo facto de na atmosfera de Titã ocorrerem fenómenos muito variados e, até ao momento, inexplicáveis e, com a aproximação do solstício de verão, o nível de atividade atmosférica no norte dessa lua tenderá a ser diferente, facto que só aumenta a curiosidade em saber quais as consequências que daí advirão. Tal como Steve Wall, que lidera a equipa do radar da Cassini, salientou ao referir que é “uma maravilhosa proeza da investigação que estejamos a fazer uma grande pesquisa oceanográfica noutro planeta, numa das luas do gigante de gás mais afastado da Terra”, também nós consideramos que faz todo o sentido continuar a descobrir as maravilhas que nesta lua estão escondidas, não só como forma de rentabilizar todo o investimento já realizado como, também, aproveitar a proximidade e obter o maior número de dados possíveis sobre os seus “líquidos”.

16-18 years old: The hexagon at Saturn's north pole

Authors: Gonçalo Paiva Gouveia, Pedro Miguel Carapito Ruas

THE AWE-INSPIRING ART OF SATURN Mankind has always been regarded as curious. Our untiring search for ways to relief our thirst for knowledge and awe is undeniable. In the dawn of mankind’s birth, we were able to contemplate our most intriguing surroundings. An example for this includes our early interest regarding the night sky. Among other things, this contributed to a future in which any individual could appreciate art and question any doubtful events, enjoying what nature has best to offer. As a result, today we constantly feed our eminent ambition and audacity, while walking our ancestors’ path. Because of our increasingly improved technology and science - both coexisting in cooperation - we came a long way to reach the stage we are in now. Macroscopically speaking, the first men amused themselves with the colors and forms they could see – as it happened with the geometric beehive combs. As years passed, we were able to see microscopically. In detail, this was partially made possible because of the creators of the first microscope in 1590 made by two Dutch eyeglass manufactures. Later on, mankind got the opportunity to study nanometric environments and amaze itself with the beauty, perfection and harmony of the molecules’ geometry. Inversely, we were able to look beyond the skies and learn the universe’s best treasured secrets. It was Galileo who allowed us to discover the wonders of what lies beyond our fragile atmosphere with the invention of the first telescope in 1605. Galileo might not have known but his work made the Cassini mission possible, giving us the opportunity to astound ourselves with Saturn’s major hexagon. This event clearly expands the borders to which the rules of geometry and art are confined. Each side of this six-sided jet stream is about 13.800km wide, which overcomes Earth_s diameter by far. In this massive gale made of oxygen, hydrogen and even ice, the winds flow eastward at an extraordinary speed of 360km/h, as it includes a giant-scaled storm - 25,000 km large. From 2012 to the latest Cassini missions in 2016, scientists have been studying the peculiar color change of the hexagon. Despite its actual gold-browned appearance, at first, a light blue color was to be seen in its place. Is this a relevant lead to unravel the reason for its existence and even predict when it will stop existing? This astronomical phenomenon deserves to be studied primly. The field of fluid mechanics would certainly benefit from this, as it is an important but still rather faint branch of the physic’s metaphoric tree. Commercial meteorology, optics and any potential studies of great storms would also profit from this precious human investment. It is meant for our generation to solve this mystery and learn with it. In the end, we share our ancestor’s artistic, scientific, and open-minded spirit. By combining it with today’s progressively accurate technological means, sooner or later we will reach the answer to this colossal riddle, awe ourselves with it and with many other conundrums to come.