Séculos depois, a missão Cassini-Huygens da NASA levou essa exploração para a era espacial. A partir de 2005, a sonda retornou uma enxurrada de imagens detalhadas que remodelaram a visão dos cientistas sobre Saturno e suas luas. Uma das descobertas mais dramáticas veio de Encélado, uma pequena lua de gelo onde gêiseres imponentes ejectavam material no espaço, criando um sub-anéis tênue em torno de Saturno feito dos detritos ejectados.

Novas simulações computacionais realizadas no Texas Advanced Computing Center (TACC), usando dados coletados pela Cassini, agora fornecem estimativas refinadas de quanto gelo Encélado está perdendo para o espaço. Os números atualizados são importantes para entender a atividade interna da lua e para planejar futuras missões robóticas que podem explorar seu oceano enterrado, que poderia potencialmente suportar vida.

“As taxas de fluxo de massa de Encélado estão entre 20% a 40% mais baixas do que o que você encontra na literatura científica,” disse Arnaud Mahieux, um pesquisador sênior do Instituto Real Belga de Aeronomia Espacial e afiliado ao Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica da UT Austin.

Supercomputadores e Modelos DSMC Revelam a Física do Pluma

Mahieux é o autor correspondente de um estudo computacional sobre Encélado publicado em agosto de 2025 na Journal of Geophysical Research: Planets. Neste trabalho, ele e seus colaboradores usaram modelos de Simulação Direta de Monte Carlo (DSMC) para descrever melhor como enormes plumas de vapor d’água e grãos de gelo se comportam após eruptar de rachaduras e aberturas na superfície de Encélado.

O projeto se baseia em pesquisas anteriores lideradas por Mahieux e publicadas em 2019. Esse estudo anterior foi o primeiro a usar técnicas DSMC para determinar as condições iniciais das plumas, incluindo o tamanho das aberturas, a proporção de vapor d’água em relação aos grãos de gelo sólido, a temperatura do material e a velocidade com que ele escapa para o espaço.

“As simulações DSMC são muito caras,” disse Mahieux. “Usamos supercomputadores TACC em 2015 para obter as parametrizações que reduziram o tempo de computação de 48 horas então para apenas alguns milissegundos agora.”

Usando essas parametrizações matemáticas, a equipe calculou propriedades-chave das plumas criovulcânicas de Encélado, como quão densas são e quão rapidamente o gás e as partículas se movem. Eles basearam seus cálculos em medições da Cassini coletadas enquanto a sonda voava diretamente através dos jatos.

“A principal descoberta do nosso novo estudo é que, para 100 fontes criovulcânicas, conseguimos restringir as taxas de fluxo de massa e outros parâmetros que não foram derivados antes, como a temperatura a que o material estava saindo. Este é um grande passo em frente para entender o que está acontecendo em Encélado,” disse Mahieux.

Uma Lua Pequena com Potentes Jatos Criovulcânicos

Encélado é uma lua relativamente pequena, com apenas cerca de 505 quilômetros de largura, e sua gravidade fraca não é suficiente para manter os jatos em erupção escapando para o espaço. Os novos modelos DSMC são projetados para representar com precisão esse ambiente de baixa gravidade. Modelos anteriores não capturavam a física e a dinâmica dos gases com tanto detalhe quanto a abordagem atual de DSMC.

Mahieux compara o fenômeno a uma erupção vulcânica. O que Encélado faz é semelhante a um vulcão atirando lava no espaço — exceto que o material ejectado são plumas de vapor d’água e gelo.

As simulações rastreiam como o gás nas plumas se comporta em escalas muito pequenas, onde partículas individuais se movem, colidem e transferem energia de uma maneira semelhante a bolinhas de gude se espremendo umas nas outras. Os modelos acompanham milhões de moléculas em etapas de tempo medidas em microssegundos. Graças ao método DSMC, os cientistas agora podem simular condições em pressões mais baixas e realistas e permitir distâncias mais longas entre colisões do que os modelos anteriores podiam lidar.

O Código Planet e o Poder dos Supercomputadores TACC

David Goldstein, professor na UT Austin e coautor do estudo, liderou o desenvolvimento em 2011 do código DSMC conhecido como Planet. O TACC concedeu a Goldstein tempo de computação em seus supercomputadores Lonestar6 e Stampede3 por meio do portal de ciberinfraestrutura de pesquisa da Universidade do Texas, que fornece recursos a pesquisadores em todas as 14 instituições do sistema UT.

“Os sistemas TACC têm uma arquitetura maravilhosa que oferece muita flexibilidade,” disse Mahieux. “Se estivermos usando o código DSMC apenas em um laptop, poderíamos simular apenas domínios pequenos. Graças ao TACC, podemos simular da superfície de Encélado até 10 quilômetros de altitude, onde as plumas se expandem no espaço.”

Encélado e a Família de Mundos Oceânicos Gelados

Saturno orbita além do que os astrônomos chamam de “linha de neve” no sistema solar, junto com outros planetas gigantes que hospedam luas geladas, incluindo Júpiter, Urano e Netuno.

“Há um oceano de água líquida sob essas ‘grandes bolas de gelo,'” disse Mahieux. “Esses são muitos outros mundos, além da Terra, que têm um oceano líquido. As plumas em Encélado abrem uma janela para as condições subterrâneas.”

Uma vez que as plumas carregam material de profundezas abaixo da superfície para o espaço, elas oferecem uma amostra natural rara do oceano oculto, sem a necessidade de perfurar através de milhas de gelo.

Futuras Missões e a Busca por Vida

A NASA e a Agência Espacial Europeia estão planejando novas missões que retornariam a Encélado com objetivos muito mais ambiciosos do que simples sobrevoos. Algumas propostas envisionam pousar espaçonaves na superfície e perfurar a crosta para alcançar o oceano abaixo, a fim de buscar sinais químicos de vida que possam estar preservados lá.

No entanto, medir o que está dentro das plumas e quanta material elas carregam dá aos cientistas uma maneira poderosa indireta de estudar o ambiente subsuperficial. Analisando os jatos, os pesquisadores podem inferir as condições no oceano sem ter que perfurar fisicamente a camada de gelo.

“Os supercomputadores podem nos dar respostas a perguntas que não poderíamos sonhar em fazer há 10 ou 15 anos,” disse Mahieux. “Agora podemos nos aproximar muito mais da simulação do que a natureza está fazendo.”