Em uma nova investigação laboratorial das atmosferas iniciais de planetas rochosos semelhantes à Terra, os pesquisadores da UC Santa Cruz aqueceram amostras de meteoritos em uma fornalha de alta temperatura e analisaram os gases liberados.
Seus resultados, publicados em 15 de abril na Nature Astronomy, sugerem que as atmosferas iniciais dos planetas terrestres podem diferir significativamente de muitas das suposições comuns usadas em modelos teóricos de atmosferas planetárias.
“Esta informação será importante quando começarmos a ser capazes de observar atmosferas de exoplanetas com novos telescópios e instrumentação avançada”, disse a primeira autora Maggie Thompson, estudante de graduação em astronomia e astrofísica na UC Santa Cruz.
Acredita-se que as primeiras atmosferas dos planetas rochosos se formem principalmente a partir de gases liberados da superfície do planeta como resultado do intenso aquecimento durante o acúmulo de blocos de construção planetários e, posteriormente, da atividade vulcânica no início do desenvolvimento do planeta.
“Quando os blocos de construção de um planeta estão se juntando, o material é aquecido e gases são produzidos e, se o planeta for grande o suficiente, os gases serão retidos como uma atmosfera”, explicou a coautora Myriam Telus, professora assistente de Ciências da Terra e do Planeta na UC Santa Cruz. “Estamos tentando simular em laboratório esse processo inicial, quando a atmosfera de um planeta está se formando, para que possamos colocar algumas restrições experimentais nessa história.”
Os pesquisadores analisaram três meteoritos de um tipo conhecido como condritos carbonáceos do tipo CM, que têm uma composição considerada representativa do material a partir do qual o sol e os planetas se formaram.
“Esses meteoritos sobraram de materiais dos blocos de construção que formaram os planetas em nosso sistema solar”, disse Thompson. “Os condritos são diferentes de outros tipos de meteoritos porque não esquentaram o suficiente para derreter, então eles se apegaram a alguns dos componentes mais primitivos que podem nos dizer sobre a composição do sistema solar na época da formação do planeta. ”
Trabalhando com cientistas de materiais do departamento de física, os pesquisadores montaram um forno conectado a um espectrômetro de massa e um sistema de vácuo. Como as amostras de meteorito foram aquecidas a 1200 graus Celsius, o sistema analisou os gases voláteis produzidos a partir dos minerais na amostra. O vapor de água era o gás dominante, com quantidades significativas de monóxido de carbono e dióxido de carbono, e menores quantidades de gases de hidrogênio e sulfeto de hidrogênio também liberados.
De acordo com Telus, os modelos de atmosferas planetárias costumam assumir abundâncias solares – ou seja, uma composição semelhante à do sol e, portanto, dominada por hidrogênio e hélio.
“Com base na liberação de gases de meteoritos, no entanto, você esperaria que o vapor d’água fosse o gás dominante, seguido pelo monóxido de carbono e dióxido de carbono”, disse ela. “Usar abundâncias solares é bom para planetas grandes do tamanho de Júpiter que adquirem suas atmosferas da nebulosa solar, mas planetas menores são pensados para obter suas atmosferas mais com a liberação de gases.”
Os pesquisadores compararam seus resultados com as previsões de modelos de equilíbrio químico baseados na composição dos meteoritos. “Qualitativamente, obtemos resultados muito semelhantes aos que os modelos de equilíbrio químico prevêem que deve ser eliminado, mas também existem algumas diferenças”, disse Thompson. “Você precisa de experimentos para ver o que realmente acontece na prática. Queremos fazer isso para uma ampla variedade de meteoritos para fornecer melhores restrições para os modelos teóricos de atmosferas exoplanetárias.”
Outros pesquisadores fizeram experimentos de aquecimento com meteoritos, mas esses estudos foram para outros fins e usaram métodos diferentes. “Muitas pessoas estão interessadas no que acontece quando os meteoritos entram na atmosfera da Terra, então esses tipos de estudos não foram feitos com essa estrutura em mente para entender a liberação de gases”, disse Thompson.
Os três meteoritos analisados para este estudo foram o condrito de Murchison, que caiu na Austrália em 1969; Jbilet Winselwan, coletado no Saara Ocidental em 2013; e Aguas Zarcas, que caiu na Costa Rica em 2019.
“Pode parecer arbitrário usar meteoritos do nosso sistema solar para entender os exoplanetas ao redor de outras estrelas, mas estudos de outras estrelas estão descobrindo que este tipo de material é realmente muito comum em torno de outras estrelas”, observou Telus.
Publicado em 16/04/2021 12h37
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