Experimento reproduz condições do núcleo dos planetas

Fusão sob pressão

A princípio não parece nada muito “cósmico”: experimentos de compressão com ondas de choque geradas por raios laser sobre uma amostra de estishovita, uma forma extremamente densa de silício, geraram dados inéditos sobre a termodinâmica e a condutividade elétrica de minerais em condições extremas.

Contudo, esses dados revelam as propriedades das rochas no interior de grandes exoplanetas e planetas gigantes.

Os experimentos de compressão reproduziram condições encontradas no núcleo de super-Terras e outros planetas gigantes e, provavelmente, as condições durante o violento nascimento de planetas semelhantes à Terra.

Com isto, os cientistas passam a ter dados experimentais sobre as propriedades dos materiais – elementos químicos e compostos minerais – que determinam os processos de formação e evolução desses planetas.

“No interior dos planetas, densidades, pressões e temperaturas extremas modificam fortemente as propriedades dos materiais constituintes,” explica Marius Millot, que realizou os experimentos em conjunto com seus colegas dos Laboratórios Berkeley (EUA) e da Universidade Bayreuth (Alemanha).

“Quanto calor os sólidos conseguem sustentar sob pressão antes de derreter é a chave para determinar a estrutura e a evolução interna de um planeta, e agora podemos medi-lo diretamente no laboratório,” prossegue ele.

Oceanos de rocha derretida

Os experimentos foram feitos com silício porque este é o segundo elemento mais abundante na Terra – só perdendo para o oxigênio -, sendo um constituinte importante da maioria das rochas e um componente largamente encontrado no espaço, inclusive nos meteoritos.

Experimento reproduz condições do núcleo dos planetas

Outros experimentos de compressão realizados com bigornas de diamante comprovaram que a temperatura do centro da Terra é de 1.000 graus mais quente do que se supunha. [Imagem: ESRF/Denis Andrault]

Millot e seus colegas mediram a temperatura de fusão da forma superdensa de silício a 500 GPA (5 milhões de atmosferas), uma pressão comparável à pressão no interior de uma super-Terra (5 massas da Terra) ou dos nossos vizinhos Urano e Netuno. Esta é também a pressão gerada durante os impactos que caracterizam as fases finais de formação planetária.

Em combinação com medições anteriores de outros óxidos e do ferro, os dados indicam que os silicatos do manto e os metais dos núcleos planetários têm temperaturas de fusão comparáveis na faixa de 300 a 500 GPa e acima, sugerindo que os grandes planetas rochosos podem possuir “oceanos” de rocha derretida – magma – em grandes profundidades.

Essa camada líquida de rocha é compatível com a geração dos campos magnéticos planetários e com sua contiuna inversão, e há algum tempo as teorias têm apontado esses oceanos de magma como a fonte desses campos magnéticos. Embora não haja meios de checar diretamente se eles estão mesmo lá, experimentos comprovaram a possibilidade desses “geodinamos” produzindo magnetismo com um fluxo de sódio fundido.

“Além disso, nossa pesquisa sugere que a sílica é provavelmente sólida no núcleo de Netuno, Urano, Saturno e Júpiter, o que estabelece novas restrições para os futuros modelos de formação e evolução desses planetas,” concluiu Millot.

Bibliografia:

Shock compression of stishovite and melting of silica at planetary interior conditions
M. Millot, N. Dubrovinskaia, A. Cernok, S. Blaha, L. Dubrovinsky, D. G. Braun, P. M. Celliers, G. W. Collins, J. H. Eggert, R. Jeanloz
Science
Vol.: 347 (6220): 418
DOI: 10.1126/science.1261507

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