No coração de planetas gigantes como Urano e Netuno, a água possui propriedades surpreendentes, num estado denominado superiônico.
A água superiônica manifesta-se apenas sob condições extremas, com temperaturas de vários milhares de graus e pressões superiores a um milhão de atmosferas. Neste estado, os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina rígida, enquanto os íons de hidrogênio movem-se livremente, permitindo que a eletricidade circule. Isso torna-a um elemento fundamental para interpretar os campos magnéticos particulares observados em torno de certos planetas.
Representação esquemática da estrutura microscópica da água superiônica, onde os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina sólida e os íons de hidrogênio movem-se livremente. Este estado extremo, recriado com lasers poderosos, é típico dos interiores planetários.
Crédito: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory Até recentemente, os cientistas pensavam que a água superiônica adotava uma estrutura atômica simples, como um arranjo cúbico ordenado. Novos trabalhos publicados na
Nature Communications indicam que a sua realidade é muito mais matizada. Em vez de um padrão único, ela combina regiões cúbicas e camadas hexagonais, criando uma mistura desordenada. Esta hibridização foi detectada graças a medições precisas com lasers de raios X avançados.
Para alcançar estes resultados, foram realizadas duas grandes experiências em instalações como o LCLS nos Estados Unidos e o European XFEL na Europa. Os pesquisadores comprimiram a água a mais de 1,5 milhão de atmosferas e aqueceram-na a milhares de graus, capturando instantâneos da sua estrutura em alguns trilionésimos de segundo. Estas condições reproduzem aquelas encontradas profundamente no interior dos planetas gigantes.
Estes dados correspondem estreitamente às simulações computacionais mais recentes e mostram que a água superiônica pode adotar várias formas estruturais. Este comportamento lembra o do gelo comum, que existe em numerosos cristais de acordo com a temperatura e a pressão. Assim, a água, apesar da sua aparente simplicidade, continua a surpreender pela sua diversidade estrutural em ambientes extremos.
A compreensão desta água superiônica melhora os modelos planetários, em particular para Urano e Netuno. Ao explicar melhor a condutividade elétrica, ela ajuda a interpretar os seus campos magnéticos atípicos. Estes planetas, ricos em água, poderiam abrigar esta fase em grande quantidade, o que a torna potencialmente a forma de água mais difundida no Sistema Solar.
Mais de sessenta cientistas da Europa e dos Estados Unidos colaboraram neste projeto, apoiado por agências de pesquisa alemãs e francesas. Os seus trabalhos abrem caminho para uma melhor apreciação da composição de exoplanetas similares.
Fonte: Nature Communications