p Um grupo de pesquisa da Universidade de Kobe demonstrou que o calor gerado pelo impacto de um pequeno corpo astronômico pode permitir que a alteração aquosa e a formação de sólidos orgânicos ocorram na superfície de um asteróide. Eles conseguiram isso conduzindo primeiro experimentos de cratera de impacto de alta velocidade usando um material-alvo semelhante a um asteróide e medindo a distribuição de calor pós-impacto ao redor da cratera resultante. A partir desses resultados, eles então estabeleceram uma regra prática para a temperatura máxima e a duração do aquecimento, e desenvolveu um modelo de condução de calor a partir disso. p O grupo de pesquisa consistia nos seguintes membros da Escola de Ciências da Universidade de Kobe; Palestrante YASUI Minami, TAZAWA Taku (um estudante de mestrado do 2º ano no momento da pesquisa), HASHIMOTO Ryohei (então um aluno do 4º ano da Faculdade de Ciências) e o Professor ARAKAWA Masahiko, além do Pesquisador Sênior Associado do JAXA Space Exploration Center, OGAWA Kazunori (que era um especialista técnico na Universidade de Kobe na época do estudo).

p Esses resultados expandiram a faixa espacial e temporal sobre a qual as condições necessárias para a alteração aquosa e a formação de sólidos orgânicos poderiam ocorrer. Espera-se que isso aumente significativamente o número de corpos astronômicos em perspectiva que poderiam ter trazido água e as origens da vida para a Terra.

p Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica britânica Comunicações Terra e Meio Ambiente em 18 de maio, 2021.

p Pontos principais

• Os pesquisadores usaram gesso poroso como uma imitação de asteróide e inseriram vários termopares dentro dele. Eles realizaram experimentos de impacto de alta velocidade neste alvo a velocidades de impacto de 1 km / s ou mais, e conseguiu medir as mudanças na duração da temperatura ao redor da cratera resultante logo após o impacto.
• Isso revelou que, independentemente da velocidade de impacto e do tamanho e densidade do projétil, a temperatura máxima e sua duração dependiam da distância adimensional (a distância do ponto de impacto dimensionada pelo raio da cratera).
• Usando os resultados acima, os pesquisadores calcularam as mudanças temporais na distribuição do calor térmico após a formação da cratera na superfície do asteróide. Esses cálculos sugeriram que, a distâncias dentro de 2 unidades astronômicas, alteração aquosa pode ocorrer se a cratera tiver um raio de mais de 20 km, e a formação de sólidos orgânicos pode ser sustentada por crateras de mais de 1 km.
• Essas descobertas permitirão que um número maior de corpos astronômicos sejam considerados candidatos à fonte de água e substâncias orgânicas necessárias para o início da vida na Terra.

p Antecedentes de Pesquisa

p Acredita-se que a água e as substâncias orgânicas necessárias para o início da vida na Terra foram o resultado de um cometa ou asteróide impactando o planeta. Minerais e substâncias orgânicas que sofreram alteração aquosa foram descobertos em meteoritos (dos quais os asteróides se originam), fornecer prova de que outrora continham água. Contudo, uma fonte de calor é necessária para as reações químicas que causam alteração aquosa e formação de sólidos orgânicos dentro dos asteróides.

p Uma fonte de calor suficientemente forte é o aquecimento de decaimento radioativo de ²⁶ Al, um nuclídeo radioativo de vida curta encontrado dentro das rochas. Contudo, diz-se que o aquecimento radioativo que causou alteração aquosa e formação sólida em corpos-mãe de asteróides (* 4) só poderia ter ocorrido no início da história do sistema solar devido à curta meia-vida de ²⁶ Al (720, 000 anos).

p Nos últimos anos, a teoria de que o calor do impacto gerado quando um pequeno corpo astronômico atinge um asteróide também pode ser uma fonte de calor viável começou a ganhar atenção. Contudo, não se sabe quanto calor é gerado dependendo das características do corpo astronômico (tamanho, densidade, velocidade de impacto) e a que distância dentro do asteróide esse calor gerado é transmitido. Até agora, não há estudos que tenham investigado experimentalmente esse processo de geração e propagação de calor para determinar se a alteração aquosa e a formação de substância orgânica seriam possíveis.

p Metodologia de Pesquisa

p Este grupo de pesquisa conduziu experimentos de laboratório para investigar a relação entre o calor do impacto gerado em um asteróide (como resultado do impacto de um pequeno corpo astronômico) e as características do impacto. Para o alvo, eles usaram gesso (um mineral poroso composto de sulfato de cálcio di-hidratado) para imitar um asteróide. Eles aceleraram projéteis no alvo em altas velocidades de impacto entre 1 km / sa 5 km / s usando o canhão de gás horizontal de dois estágios da Universidade de Kobe (Figura 1). Vários termopares foram ajustados no alvo de gesso para medir as mudanças de temperatura pós-impacto. Nesta série de experimentos, os pesquisadores mudaram o tamanho, densidade, velocidade de impacto dos projéteis e posições dos termopares para investigar as diferenças na duração do calor em função das características do impacto (Figura 2).

p No gráfico de duração do calor, o grupo de pesquisa investigou a temperatura máxima e sua duração, e olhou como isso se relaciona com as características de impacto (Figura 3). Usando a distância adimensional obtida pela normalização da distância do ponto de impacto (onde o projétil atingiu o alvo) pelo raio da cratera, eles determinaram com sucesso como a temperatura máxima e sua duração são alteradas pelas características do impacto e criaram uma regra prática para isso. Posteriormente, construir um modelo de condução de calor incorporando esta regra prática, permitiu-lhes calcular a distribuição de calor em torno da cratera formada na superfície do asteróide (Figura 4). O grupo de pesquisa verificou os resultados numéricos do modelo de condução de calor com dados sobre o calor necessário e a duração para a alteração aquosa e a formação de sólidos orgânicos obtidos de análises anteriores de meteoritos. Esses resultados mostraram que a alteração aquosa poderia ocorrer se uma cratera com um raio de mais de 20 km fosse formada dentro de 2au do sol. Além disso, eles estimaram que mesmo uma pequena cratera com um raio de 100m em um asteróide dentro de 4au poderia aquecer até 100 graus Celsius, o que significa que pode apoiar a formação de sólidos orgânicos. A maioria dos asteróides estão localizados a menos de 4 au. Os pesquisadores também descobriram que se uma cratera com um raio de mais de 1 km for formada dentro de 2au, a circunferência da cratera pode aquecer até 0 graus Celsius (a temperatura na qual o gelo se torna água), permitindo assim que sólidos orgânicos sejam formados.

p Desenvolvimentos Futuros

p Pensa-se que o aquecimento do decaimento radioativo de ²⁶ Al desencadeia as reações químicas para alteração aquosa e formação de sólidos orgânicos em asteróides. Contudo, esse aquecimento só pode ocorrer próximo ao núcleo de asteróides comparativamente grandes, com dezenas de quilômetros de diâmetro. Além disso, diz-se que isso só poderia ter ocorrido um milhão de anos após a formação do sol devido à curta meia-vida de ²⁶ Al. Por outro lado, colisões entre asteróides ainda ocorrem hoje, e é possível que tais colisões aqueçam a superfície até mesmo de pequenos asteróides, desde que o impacto não destrua o próprio asteróide. Em outras palavras, os resultados dessas pesquisas mostram que o potencial dos asteróides para apoiar a alteração aquosa e a formação de sólidos orgânicos é temporária e espacialmente muito maior do que se pensava anteriormente. Isso contribuirá para que um maior número de corpos astrológicos sejam considerados candidatos a trazer a água e as substâncias orgânicas para o início da vida na Terra.

p Em seguida, o grupo de pesquisa espera examinar amostras retornadas de missões de exploração de asteróides conduzidas não apenas pelo Japão, mas também por outros países. Se minerais ou substâncias orgânicas aquosamente alteradas fossem descobertas nas amostras coletadas, isso poderia fornecer evidências dos efeitos do aquecimento de impacto.