Descobriu-se uma estranha forma de gelo que só derrete em temperaturas extremamente altas: WebCuriosos

Coisas estranhas acontecem dentro dos planetas, onde materiais familiares estão sujeitos a pressões e calor extremos.

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 gigantes gasosos ricos em água, Urano e Netuno.

Há cinco anos, os cientistas recriaram este gelo exótico, chamado gelo superiónico, pela primeira vez em experiências de laboratório; e há quatro anos confirmaram sua existência e estrutura cristalina.

Então, no ano passado, pesquisadores de várias universidades nos Estados Unidos e do laboratório Stanford Linear Accelerator Center, na Califórnia (SLAC), descobriram uma nova fase de gelo superiônico.

A sua descoberta aprofunda a nossa compreensão sobre a razão pela qual Urano e Netuno têm tais campos magnéticos desequilibrados com vários pólos.

Do nosso ambiente terrestre, você seria perdoado por pensar que a água é uma molécula simples, em forma de cotovelo, composta de um átomo de oxigênio ligado a dois hidrogênios que se estabelecem em uma posição fixa quando a água congela.

Gelo superiônico é estranhamente diferente, e ainda assim pode estar entre os formas mais abundantes de água no Universo – que se presume preencher não apenas o interior de Urano e Netuno, mas também de exoplanetas semelhantes.

Esses planetas têm pressões extremas de 2 milhões de vezes a atmosfera da Terra e interiores tão quentes quanto a superfície do Sol – que é onde a água fica estranha.

Cientistas confirmaram em 2019 o que os físicos tinham 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 seu ponto de fusão de modo que a água congelada permaneça 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 ridiculamente poderosos.

Ondas de choque sucessivas aumentaram a pressão para 200 GPa (2 milhões de atmosferas) e as temperaturas até cerca de 5.000 K (8.500 °F) – mais quentes do que as temperaturas das experiências de 2019, mas a pressões mais baixas.

“Descobertas recentes de exoplanetas semelhantes a Netuno, ricos em água, exigem uma compreensão mais detalhada do diagrama de fases de [water] em condições de pressão-temperatura relevantes para seus interiores planetários”, Gleason e colegas explicar em seu artigode 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, Ice XIX, tem um estrutura cúbica de corpo centrado e maior condutividade em comparação com seu antecessor de 2019, Ice XVIII.

A condutividade é importante aqui porque partículas carregadas em movimento geram campos magnéticos. Esta é a base teoria do dínamoque descreve como fluidos condutores agitados, como o manto da Terra ou dentro de outro corpo celeste, dão origem a campos magnéticos.

Se mais do interior de um gigante de gelo semelhante a Netuno fosse absorvido por um sólido pastoso e menos por um líquido em turbilhão, então ele seria alterar o tipo de campo magnético produzido.

E se em direção ao seu núcleo esse planeta tivesse duas camadas superiônicas de condutividade diferente, como Gleason e colegas sugerir Netuno pudesse conter, então o campo magnético gerado pela camada líquida externa interagiria com cada um deles de maneira diferente, tornando as coisas ainda mais estranhas.

Gleason e colegas concluir 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 depois da sonda espacial Voyager II da NASA, lançada em 1977, ter sobrevoado os dois do nosso Sistema Solar gigantes de gelo e medido deles campos magnéticos altamente incomuns.

O estudo foi publicado em Relatórios Científicos.