Este gelo estranho só derrete em temperaturas extremamente altas
Cientistas recriaram pela primeira vez um gelo exótico, chamado gelo superiônico, para experiências de laboratório
Há cinco anos, os cientistas recriaram pela primeira vez um gelo exótico, chamado gelo superiônico, para experiências de laboratório; e há quatro anos confirmaram sua existência e estrutura cristalina.
Pesquisadores de várias universidades nos Estados Unidos e do laboratório Stanford Linear Accelerator Center, na Califórnia (SLAC), descobriram no ano passado uma nova fase do gelo superiônico.
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Esta descoberta fortalece a compreensão da razão pela qual Urano e Netuno têm campos magnéticos tão desequilibrados com múltiplos pólos.
Para entender melhor, vale se atentar a este processo: os átomos de ferro provavelmente dançam dentro do núcleo interno sólido da Terra, e o gelo quente, preto e pesado – que é sólido e líquido ao mesmo tempo – provavelmente se forma dentro dos planetas gasosos ricos em água: Urano e Netuno.
Na Terra, é normal pensarmos que a água é uma molécula simples, composta de um átomo de oxigênio ligado a dois hidrogênios que se estabelecem em uma posição fixa quando a água congela.
Mas, o gelo superiônico é estranhamente diferente, e pode estar entre as formas de água mais abundantes no Universo – supostamente preenchendo não apenas o interior de Urano e Netuno, mas também de exoplanetas semelhantes.
Esses planetas têm pressões extremas de 2 milhões de vezes a da atmosfera da Terra e interiores tão quentes quanto a superfície do Sol – que é onde a água fica "estranha".
Os cientistas confirmaram em 2019 o que os físicos haviam previsto em 1988: uma estrutura onde os átomos de oxigênio no gelo superiônico estão presos em uma rede cúbica sólida, enquanto os átomos de hidrogênio ionizado são soltos, fluindo através dessa rede como os elétrons através dos metais.
Isso confere ao gelo superiônico suas propriedades condutoras. Também aumenta o seu ponto de fusão de tal forma que a água congelada permanece sólida em temperaturas extremas.
Neste último estudo, a física Arianna Gleason, da Universidade de Stanford, e seus colegas bombardearam finas lascas de água, imprensadas entre duas camadas de diamante, com alguns lasers bastante poderosos.
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Ondas de choque sucessivas aumentaram a pressão para 200 GPa (2 milhões de atmosferas) e as temperaturas até cerca de 5.000 K (4.704 °C) – mais quentes do que as temperaturas das experiências de 2019.
“Descobertas recentes de exoplanetas semelhantes a Netuno, ricos em água, exigem uma compreensão mais detalhada do diagrama de fases da [água] em condições de pressão-temperatura relevantes para seus interiores planetários”, explicam Gleason e colegas em seu artigo publicado em 2022, de janeiro de 2022.
A difração de raios-x revelou então a estrutura cristalina do gelo denso e quente, apesar das condições de pressão e temperatura serem mantidas apenas por uma fração de segundo.
Os padrões de difração resultantes confirmaram que os cristais de gelo eram, na verdade, uma nova fase distinta do gelo superiônico observado em 2019. O gelo superiônico recém-descoberto, Gelo XIX, tem uma estrutura cúbica centrada no corpo e maior condutividade em comparação com seu antecessor de 2019.
A condutividade é importante aqui porque partículas carregadas em movimento geram campos magnéticos. Esta é a base da teoria do dínamo, que descreve como a agitação de fluidos condutores, como o manto da Terra ou dentro de outro corpo celeste, dá origem a campos magnéticos.
Os pesquisadores concluíram que a condutividade aumentada de uma camada de gelo superiônico semelhante ao Gelo XIX promoveria a geração de campos magnéticos multipolares instáveis, como os que emanam de Urano e Netuno.
Se assim for, seria um resultado satisfatório mais de 30 anos após a sonda espacial Voyager II da Nasa, lançada em 1977, ter passado pelos dois gigantes gelados do nosso Sistema Solar e medido os seus campos magnéticos altamente incomuns.
O estudo foi publicado na revista Relatórios Científicos.
