Todo aluno sabe que a Terra tem um campo magnético - é o que faz as bússolas se alinharem de norte a sul e nos permite navegar nos oceanos. Também protege a atmosfera, e assim a vida, do poderoso vento do sol.

Mas e quanto a outros planetas semelhantes à Terra na galáxia? Eles também têm campos magnéticos para proteger a vida emergente?

Uma nova análise olha para um tipo de exoplaneta - super-Terras com até cinco vezes o tamanho do nosso próprio planeta - e conclui que eles provavelmente têm um campo magnético, mas um gerado de uma forma totalmente nova:pelos oceanos de magma dos planetas.

A descoberta surpreendente de que a lenta agitação da rocha derretida na superfície ou sob a superfície pode gerar um forte campo magnético também sugere que nos primeiros anos da Terra, quando era em grande parte um pedaço de rocha derretida, também tinha um campo magnético gerado por magma. Isso foi além de seu campo atual, que é gerado no núcleo externo de ferro líquido.

“Este é um novo regime de geração de campos magnéticos planetários, "disse Burkhard Militzer, um professor de ciências terrestres e planetárias da UC Berkeley. "Nosso campo magnético na Terra é gerado no núcleo externo de ferro líquido. Em Júpiter, surge da convecção do hidrogênio metálico líquido. Em Urano e Netuno, presume-se que seja gerado nas camadas de gelo. Agora adicionamos rochas derretidas a esta lista diversificada de materiais geradores de campo. "

A ligação entre o interior de um planeta e seu campo magnético também fornece uma maneira para os astrônomos aprenderem sobre a composição e as idades dos exoplanetas muito distantes para serem visitados.

"Isso está longe no futuro, mas se alguém fizer uma observação de um exoplaneta e encontrar um campo magnético, isso pode ser uma indicação de que há um oceano de magma, mesmo que eles não possam ver isso diretamente, "Militzer disse.

As conclusões também têm implicações para as chances de vida em outros planetas. À medida que os oceanos de magma esfriam do topo, uma superfície hospitaleira à vida pode aparecer enquanto o manto derretido continua a se agitar.

"Um campo magnético é útil para proteger uma atmosfera planetária de ser levada pelos ventos estelares, "disse o ex-colega de pós-doutorado da UC Berkeley, François Soubiran, agora na École Normale Supérieure em Lyon, França. "A maioria das super-Terras que estamos detectando agora estão muito perto de suas estrelas hospedeiras e expostas a ventos estelares muito fortes. a possibilidade de existir um campo magnético é definitivamente um componente chave na evolução do planeta e sua habitabilidade. "

Soubiran e Militzer publicaram suas descobertas em 24 de setembro no jornal Nature Communications .

Dínamo interno da terra

O campo magnético da Terra hoje é gerado no núcleo externo de ferro fundido, onde crescem e diminuem as massas de ferro líquido eletricamente condutor, combinado com a rotação do planeta, criar um dínamo e um campo magnético persistente.

Mas a terra rochosa foi derretida após sua formação inicial 4,5 bilhões de anos atrás, e algumas camadas podem ter permanecido derretidas e em convecção - como água fervente, apenas mais lento - por milhões de anos após seu nascimento. Será que o oceano de magma com convecção lenta poderia ter gerado um campo magnético semelhante ao gerado no núcleo de ferro hoje?

A mesma questão surgiu depois que superterras foram descobertas em torno de outras estrelas. Super-Terras são tão grandes que seu interior, o manto, deve permanecer líquido e em convecção por alguns bilhões de anos após a formação.

Em ambos os casos, o magma que ferve lentamente em um planeta em rotação pode gerar um forte campo magnético apenas se a rocha líquida conduzir eletricidade.

Ninguém sabia se isso era verdade.

Experimentos com silicatos - um termo que se refere aos milhares de minerais à base de silício que compõem o interior rochoso da Terra - em altas temperaturas e pressões dentro de uma super-Terra são difíceis. Mesmo estabelecer se uma rocha permanece sólida ou se torna líquida não é fácil nas condições típicas de interiores planetários:temperaturas de 10, 000 Celsius e pressões 10 milhões de vezes maiores do que a do ar ao nosso redor.

"Em temperaturas e pressões padrão, os silicatos são totalmente isolantes; os elétrons estão fortemente ligados aos núcleos ou estão em ligações moleculares e não são capazes de se mover livremente e criar correntes elétricas macroscópicas, "Disse Soubiran." Mesmo que a alta pressão interna ajude a reduzir as barreiras para os elétrons se moverem, não era necessariamente óbvio que os silicatos estariam conduzindo nas super-Terras. "

Mas Soubiran e Militzer tiveram acesso a modelos de computador em escala atômica de minerais que lhes permitiram calcular a condutividade de, nesse caso, quartzo (dióxido de silício), magnésia (óxido de magnésio) e um óxido de silício-magnésio (pós-perovskita), todos os quais são comuns em rochas na Terra, a lua e provavelmente todos os planetas do nosso sistema solar.

Depois de realizar cálculos extensos para cada um dos três, eles descobriram que esses silicatos se tornam modestamente condutores quando mudam de sólidos para líquidos em altas temperaturas e pressões. Quando eles conectaram as condutividades aos modelos do interior da Terra, eles descobriram que as rochas eram suficientemente condutoras para sustentar um dínamo e, portanto, um campo magnético.

"Nossos cálculos mostraram que a estrutura desorganizada do líquido ajudou os elétrons a se tornarem condutores, "Soubiran disse. Silicatos líquidos em 10, 000 Celsius e 10 milhões de atmosferas de pressão têm apenas cerca de um centésimo da condutividade do ferro líquido, por exemplo.

Soubiran observou que os planetas girando com um período de dois dias ou mais gerariam um campo magnético semelhante ao da Terra:um campo dipolo com norte e sul claros. Rotação mais lenta, Contudo, poderia criar um campo mais desorganizado que seria mais difícil de detectar à distância.

Bruce Buffett, um especialista da UC Berkeley na dinâmica do interior da Terra que não estava envolvido na pesquisa, disse que os planetas podem gerar campos magnéticos apenas se tiverem o equilíbrio certo de condutividade elétrica e velocidade do fluido para criar o feedback necessário para sustentar um campo magnético.

"A expectativa de muitos geofísicos era que, pelo menos nas condições da Terra, a condutividade dos silicatos líquidos cairia mais na categoria de, Nós vamos, se você tivesse realmente, movimentos de fluido realmente grandes para compensar uma baixa condutividade, você pode ter um campo magnético, "disse Buffett, professor de ciências terrestres e planetárias. "Este é o primeiro cálculo detalhado para condições de temperatura e pressão mais altas, e descobre que as condutividades parecem ser um pouco mais altas, portanto, os movimentos fluidos de que você precisa para fazer tudo isso funcionar talvez sejam um pouco menos extremos. "