Tempestades e convecção em Urano e Netuno: Impacto da abundância de metano revelado por um modelo de nuvens em 3D

Urano e Netuno têm atmosferas dominadas por hidrogênio e hélio molecular. Na parte superior da troposfera, o metano é a terceira principal molécula e se condensa, resultando em um gradiente vertical de CH4. Sendo esta espécie condensável mais pesada que H2 e He, a mudança resultante na massa molar média devido à condensação atua como um fator que contrabalança a convecção seca e úmida. Como as observações também mostram variações latitudinais na abundância de metano, pode-se esperar diferentes gradientes verticais de uma latitude para outra. Neste artigo, investigamos o impacto desse gradiente vertical de metano nos regimes atmosféricos, especialmente na formação e inibição de tempestades convectivas úmidas na troposfera dos gigantes de gelo. Desenvolvemos um modelo de nuvens em 3D para simular processos convectivos. Usando nossas simulações, concluímos que as velocidades típicas de convecção seca na atmosfera profunda são bastante baixas (da ordem de 1 m/s) mas suficientes para sustentar o transporte de metano para cima, e que a convecção úmida no nível de condensação de metano é fortemente inibida. Estudos anteriores derivaram um critério analítico sobre a quantidade de vapor de metano acima da qual a convecção úmida deve ser inibida. Primeiro, validamos esse critério analítico numericamente. Em seguida, mostramos que a abundância crítica de metano governa a inibição e a formação de tempestades convectivas úmidas, e concluímos que a intensidade e a intermitência dessas tempestades devem depender da abundância e saturação de metano. Nos gigantes de gelo, a convecção seca é fraca, e a convecção úmida é fortemente inibida. No entanto, quando há transporte suficiente de metano para cima, por meio de convecção seca e difusão turbulenta, tempestades convectivas úmidas esporádicas podem se formar. Essas tempestades devem ser mais frequentes em Netuno do que em Urano, por causa do fluxo de calor interno de Netuno. Nossos resultados podem explicar a esporadicidade observada das nuvens nos gigantes de gelo.