Este gelo é quase tão quente quanto o Sol, e os cientistas o produziram na Terra
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Este gelo é quase tão quente quanto o Sol, e os cientistas o produziram na Terra

É sólido e líquido, é 60 vezes mais denso que o gelo comum e se forma a temperaturas quase tão quentes quanto a superfície do sol.

É gelo superionico – e pela primeira vez, os cientistas conseguiram recriar em laboratório.

Acredita-se que essa forma de gelo de alta pressão exista no interior de Urano e Netuno. Mas até agora, sua existência era apenas teórica.

Os cientistas previram pela primeira vez a existência de uma estranha fase aquosa que torna a substância sólida e líquida ao mesmo tempo há 30 anos. Também é muito mais densa que o gelo comum, porque se forma apenas sob calor e pressão extremos, como aqueles encontrados dentro de planetas gigantes. Durante a fase superionica, o hidrogênio e o oxigênio dentro das moléculas de água se comportam de forma bizarra; os íons de hidrogênio se movem como um líquido, dentro de uma rede cristalina sólida de oxigênio.

Fazer o gelo foi complicado. Primeiro, a equipe comprimiu a água em um gelo cúbico ultracongelado, cristalino, em uma forma cristalina diferente daquela que você vê em cubos de gelo comuns. Para fazer isso, os pesquisadores usaram células de bigorna de diamante para aplicar 360 gigabits por polegada quadrada (GPa) de pressão, que é cerca de 25.000 vezes a pressão atmosférica na Terra. Em seguida, os pesquisadores aqueceram e comprimiram ainda mais as células, usando choques a laser. Cada estrutura de gelo de cristal recebeu até seis raios laser de mais de 100 vezes essa alta pressão.

“Como pré-comprimimos a água, há menos aquecimento por choque do que se a água líquida do ambiente é comprimida por choque”, disse Millot. O novo método permite que os pesquisadores “acessem estados mais frios em alta pressão do que em estudos anteriores de compressão de choque”.

Imagem integrada no tempo de um experimento de alta pressão a laser para produzir gelo superiônico.

Crédito: M. Millot / E. Kowaluk / J.Wickboldt / LLNL / LLE / NIF

 

Assim que o gelo superionico ficou pronto, a equipe moveu-se rapidamente para analisar suas propriedades óticas e termodinâmicas. Eles tinham apenas 10 a 20 nanossegundos para realizar o trabalho, antes que as ondas de pressão liberassem a compressão e a água se dissolvesse. E os resultados foram bizarros. Eles descobriram que o gelo derrete a uma extraordinária 8,540 graus centígrados (4,725 graus Celsius) a 29 milhões de libras por polegada quadrada (200 GPa) de pressão. Essa pressão é cerca de 2 milhões de vezes a pressão atmosférica na Terra.

“É espantoso que o gelo gelado esteja presente em milhares de graus dentro desses planetas, mas é o que os experimentos mostram”, disse Raymond Jeanloz, co-autor do estudo e físico planetário da Universidade da Califórnia, em Berkeley. na mesma declaração.

As novas descobertas podem dar uma olhada no interior de planetas como Urano e Netuno. Cientistas planetários sugerem que as vísceras desses mundos são compostas de até 65 por cento de água em massa, além de um pouco de amônia e metano.

As visualizações de simulações de computador mostrando átomos de hidrogênio fluem como um líquido dentro da rede sólida de oxigênio no gelo superionico.

Crédito: S. Hamel / M. Millot / J.Wickboldt / LLNL / NIF

Trabalhos anteriores sugeriram que estes planetas teriam interiores de transferência de calor “totalmente fluidos”, mas a adição de gelo superiônico muda a imagem. A nova pesquisa, ao contrário, propõe “uma camada relativamente fina de fluido e um grande ‘manto’ de gelo superiônico”, disseram os pesquisadores no comunicado.

Essa imagem dos interiores dos mini-gigantes planetas confirmaria uma simulação de computador realizada há uma década que tentava explicar os estranhos campos magnéticos em Urano e Netuno. O campo magnético de Urano está inclinado a 59 graus do eixo do planeta. Os pólos magnéticos de Netuno têm uma inclinação de aproximadamente 47 graus. Isso é extremo em comparação com a Terra, que tem apenas uma inclinação de 11 graus. Seus campos magnéticos também podem se comportar de maneira diferente; por exemplo, o campo de Urano pode ligar e desligar como um estroboscópio .

Um estudo mais detalhado desses planetas terá que esperar até que uma espaçonave esteja disponível. Felizmente, a NASA está propondo uma espaçonave Urano e / ou Netuno que se aproximaria desses planetas em algum momento nas próximas décadas. Enquanto isso, os pesquisadores planejam aumentar ainda mais sua compressão para simular condições dentro de planetas gigantes ainda maiores, como Júpiter ou Saturno.

Um estudo baseado na pesquisa foi publicado em fevereiro na revista Nature Physics .

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