Urano e Netuno têm um campo magnético completamente distorcido, talvez devido às estruturas internas especiais dos planetas. Mas novos experimentos feitos por pesquisadores da ETH Zurich agora mostram que o mistério permanece sem solução.

Os dois grandes planetas gasosos Urano e Netuno possuem campos magnéticos estranhos. Cada um deles está fortemente inclinado em relação aos eixos de rotação do planeta e são significativamente deslocados do centro físico do planeta. A razão para isso é um mistério antigo nas ciências planetárias. Várias teorias presumem que uma estrutura interna única desses planetas poderia ser responsável por esse fenômeno bizarro. De acordo com essas teorias, o campo magnético distorcido é causado por circulações em uma camada convectiva, que consiste em um fluido eletricamente condutor. Esta camada convectiva, por sua vez, envolve uma camada estável, camada não convectiva na qual não há circulação do material devido à sua alta viscosidade e, portanto, não contribui para o campo magnético.

Estados extraordinários

Simulações de computador mostram que água e amônia, os principais componentes de Urano e Netuno, entrar em um estado incomum em pressões e temperaturas muito altas:um "estado superiônico, "que tem as propriedades de um sólido e de um líquido. Nesse estado, os íons de hidrogênio tornam-se móveis dentro da estrutura de rede formada por oxigênio ou nitrogênio.

Estudos experimentais recentes confirmam que a água superiônica pode existir na profundidade onde, de acordo com a teoria, a região com camadas estáveis ​​está localizada. Pode ser, portanto, que a camada estratificada seja formada por componentes superiônicos. Contudo, não está claro se os componentes são realmente capazes de suprimir a convecção, uma vez que as propriedades físicas do estado superiônico não são conhecidas.

Alta pressão no menor espaço

Tomoaki Kimura e Motohiko Murakami do Departamento de Ciências da Terra da ETH Zurique estão agora um passo mais perto de encontrar a resposta. Os dois pesquisadores conduziram experimentos de alta pressão e alta temperatura com amônia em seu laboratório. O objetivo dos experimentos era determinar a elasticidade do material superiônico. A elasticidade é uma das propriedades físicas mais importantes que influenciam a convecção térmica no manto planetário. É notável que a elasticidade dos materiais em seus estados sólido e líquido seja completamente diferente.

Para suas investigações, os pesquisadores usaram um aparelho de alta pressão chamado de célula de bigorna de diamante. Neste aparelho, a amônia é colocada em um pequeno recipiente com um diâmetro de cerca de 100 micrômetros, que é então preso entre duas pontas de diamante que comprimem a amostra. Isso torna possível sujeitar os materiais a pressões extremamente altas, como os encontrados dentro de Urano e Netuno.

A amostra é então aquecida a mais de 2, 000 graus Celsius com um laser infravermelho. Ao mesmo tempo, um feixe de laser verde ilumina a amostra. Ao medir o espectro de onda da luz laser verde espalhada, os pesquisadores podem determinar a elasticidade do material e a ligação química na amônia. As mudanças no espectro da onda em diferentes pressões e temperaturas podem ser usadas para determinar a elasticidade da amônia em diferentes profundidades.

Uma nova fase descoberta

Em suas medidas, Kimura e Murakami descobriram uma nova fase de amônia superiônica (fase γ) que exibe uma elasticidade semelhante à da fase líquida. Esta nova fase pode ser estável no interior profundo de Urano e Netuno e, portanto, ocorrer lá. Contudo, a amônia superiônica se comporta como um líquido e, portanto, não seria viscosa o suficiente para contribuir para a formação da camada não convectiva.

A questão de quais propriedades a água superiônica tem dentro de Urano e Netuno é ainda mais urgente à luz dos novos resultados. Por agora, o mistério de por que os dois planetas têm um campo magnético tão irregular ainda permanece sem solução.