O que há dentro de Urano e Netuno? Uma nova maneira de descobrir

Em nossa busca por exoplanetas, descobrimos que muitos deles se enquadram em certos tipos ou categorias, como Júpiteres Quentes, Super-Terras e Gigantes de Gelo. Embora não tenhamos nenhum exemplo dos dois primeiros em nosso sistema solar, temos dois Gigantes de Gelo: Urano e Netuno. 

Artista expôs vista de um planeta gigante de gelo semelhante a Urano e Netuno. Crédito: @iammoteh/Quanta magazine 

Eles são planetas gasosos de tamanho médio formados nas regiões externas frias do sistema solar. Por isso, são ricos em água e outros compostos voláteis, e são muito diferentes de grandes gigantes gasosos como Júpiter. Ainda temos muito a aprender sobre esses mundos, mas o que descobrimos até agora foi surpreendente, como a natureza de seus campos magnéticos.

Quando a sonda Voyager 2 passou por Urano e Netuno na década de 1980, descobriu que nenhum dos mundos tinha um campo magnético dipolar forte como o da Terra. Em vez disso, cada um tinha um campo magnético mais fraco e caótico, semelhante ao de Marte. Isso foi surpreendente, dado o que entendemos sobre a formação de planetas.

 Modelos para as estruturas interiores dos planetas gigantes de gelo Urano e Netuno. Crédito: Burkhard Militzer, UC Berkeley

Na juventude de um planeta, o interior fica muito quente devido à compressão gravitacional. Isso permitiria que materiais mais pesados, como ferro, afundassem no núcleo, enquanto materiais mais leves, como água, se moveriam em direção à superfície. Para a Terra, isso criou um núcleo de níquel-ferro com uma crosta de silicatos, água e compostos orgânicos.

O tremendo calor no núcleo também permitiria uma região convectiva, onde o material quente do núcleo sobe um pouco antes de esfriar e afundar, criando um fluxo circular de material denso. Na Terra, essa região convectiva de ferro gera o forte campo magnético do nosso planeta. Como Urano e Netuno provavelmente têm um núcleo metálico do tamanho da Terra, esperaríamos que eles tivessem uma região de convecção semelhante, gerando um campo magnético semelhante. Mas não é isso que observamos.

Após a descoberta da Voyager 2, pensou-se que talvez algum mecanismo impedisse a formação de uma região de convecção. Talvez as camadas dentro de um gigante gasoso não se misturem, semelhante à separação de óleo e água. Mas os detalhes permaneceram desconhecidos. Como não podemos criar as condições tremendamente de alta densidade e alta pressão do núcleo de um gigante gasoso no laboratório, não tínhamos como testar vários modelos. Também não enviamos outra sonda para nenhum dos planetas, então não temos como coletar novos dados in situ.

Transições de fase simuladas para interiores de gigantes de gelo. Crédito: Burkhard Militzer, UC Berkeley

Uma abordagem que poderia funcionar para resolver o mistério seria usar simulações de computador. No entanto, simular as interações de centenas de moléculas para calcular suas propriedades em massa é extremamente intensivo. Complexo demais para sistemas de computador de uma década atrás. Mas um novo estudo simulou as propriedades em massa de mais de 500 moléculas, o que é suficiente para calcular como as camadas de um gigante de gelo se formam.

As simulações mostram como água, metano e amônia na região média de Urano e Netuno se separam em duas camadas não misturáveis. Isso ocorre principalmente porque o hidrogênio é espremido para fora do interior profundo, o que limita como a mistura pode ocorrer. Sem uma zona de convecção nessas camadas, os planetas não podem formar um forte campo magnético dipolar. Urano provavelmente tem um núcleo rochoso do tamanho de Mercúrio, enquanto Netuno provavelmente tem um núcleo rochoso do tamanho de Marte.

Futuros experimentos de laboratório podem confirmar algumas dessas propriedades em massa, e há uma missão proposta para Urano que coletaria dados para confirmar ou refutar esse modelo.

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