Urano e Netuno têm um campo magnético completamente distorcido, talvez devido às estruturas internas especiais dos planetas. Mas novos experimentos feitos por pesquisadores da ETH Zurich agora mostram que o mistério permanece sem solução.
Os dois grandes planetas gasosos Urano e Netuno possuem campos magnéticos estranhos. Cada um deles está fortemente inclinado em relação aos eixos de rotação do planeta e são significativamente deslocados do centro físico do planeta. A razão para isso é um mistério antigo nas ciências planetárias. Várias teorias presumem que uma estrutura interna única desses planetas poderia ser responsável por esse fenômeno bizarro. De acordo com essas teorias, o campo magnético distorcido é causado por circulações em uma camada convectiva, que consiste em um fluido eletricamente condutor. Esta camada convectiva, por sua vez, envolve uma camada não convectiva de camadas estáveis na qual não há circulação do material devido à sua alta viscosidade e, portanto, nenhuma contribuição para o campo magnético.
Estados extraordinários
Simulações de computador mostram que a água e a amônia, os principais componentes de Urano e Netuno, entram em um estado incomum em pressões e temperaturas muito altas: um “estado superiônico”, que tem as propriedades de um sólido e de um líquido. Nesse estado, os íons de hidrogênio se tornam móveis dentro da estrutura da rede formada por oxigênio ou nitrogênio.
Estudos experimentais recentes confirmam que a água superiônica pode existir na profundidade onde, de acordo com a teoria, a região com camadas estáveis está localizada. Pode ser, portanto, que a camada estratificada seja formada por componentes superiônicos. No entanto, não está claro se os componentes são realmente capazes de suprimir a convecção, uma vez que as propriedades físicas do estado superiônico não são conhecidas.
Alta pressão no menor espaço
Tomoaki Kimura e Motohiko Murakami do Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique estão agora um passo mais perto de encontrar a resposta. Os dois pesquisadores conduziram experimentos de alta pressão e alta temperatura com amônia em seu laboratório. O objetivo dos experimentos era determinar a elasticidade do material superiônico. A elasticidade é uma das propriedades físicas mais importantes que influenciam a convecção térmica no manto planetário. É notável que a elasticidade dos materiais em seus estados sólido e líquido seja completamente diferente.
Para suas investigações, os pesquisadores usaram um aparelho de alta pressão chamado de célula de bigorna de diamante. Nesse aparelho, a amônia é colocada em um pequeno recipiente com diâmetro de cerca de 100 micrômetros, que é então preso entre duas pontas de diamante que comprimem a amostra. Isso torna possível sujeitar os materiais a pressões extremamente altas, como as encontradas dentro de Urano e Netuno.
A amostra é então aquecida a mais de 2.000 graus Celsius com um laser infravermelho. Ao mesmo tempo, um feixe de laser verde ilumina a amostra. Ao medir o espectro de onda da luz laser verde espalhada, os pesquisadores podem determinar a elasticidade do material e a ligação química na amônia. As mudanças no espectro da onda em diferentes pressões e temperaturas podem ser usadas para determinar a elasticidade da amônia em diferentes profundidades.
Uma nova fase descoberta
Em suas medições, Kimura e Murakami descobriram uma nova fase de amônia superiônica (fase ?) que exibe uma elasticidade semelhante à da fase líquida. Esta nova fase pode ser estável no interior profundo de Urano e Netuno e, portanto, ocorrer lá. No entanto, a amônia superiônica se comporta como um líquido e, portanto, não seria viscosa o suficiente para contribuir para a formação da camada não convectiva.
A questão de quais propriedades a água superiônica tem dentro de Urano e Netuno é ainda mais urgente à luz dos novos resultados. Por enquanto, o mistério de por que os dois planetas têm um campo magnético tão irregular ainda permanece sem solução.
Publicado em 01/04/2021 12h45
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