Camadas profundas de rocha derretida no interior de grandes planetas rochosos já demonstraram ser capazes de produzir campos magnéticos fortes o suficiente para persistir por bilhões de anos.
Escudos tão duradouros podem definir se um planeta consegue reter a própria atmosfera ou se ela é, pouco a pouco, arrancada pela radiação.
Magnetismo vindo das profundezas fundidas
Sob as pressões extremas existentes no interior de super-Terras, observou-se que material do manto em estado líquido pode se tornar eletricamente condutor de um modo que sustenta o magnetismo planetário.
Miki Nakajima e colegas da University of Rochester registraram esse comportamento ao mostrar que o derretimento do manto, quando comprimido, é capaz de manter correntes elétricas em condições típicas do interior de planetas.
A pesquisa dela investiga a formação violenta de planetas e as camadas ocultas que determinam se as atmosferas resistem tempo suficiente para que a química evolua.
Os novos resultados conectam essa chance de sobrevivência a campos magnéticos gerados dentro de zonas profundas de rocha fundida.
Por que escudos magnéticos importam
A vida em terra firme depende de uma magnetosfera: uma “bolha” magnética que desvia partículas carregadas e reduz o bombardeio na superfície.
Na Terra, o ferro líquido que gira no núcleo externo cria correntes elétricas, e essas correntes sustentam o campo magnético global.
Quando estrelas liberam gás ionizado e partículas de alta energia, o campo magnético pode direcionar grande parte desse material para longe do planeta.
Como muitos planetas rochosos parecem perder essa proteção, o magnetismo virou um critério central de habitabilidade para astrônomos.
Planetas maiores quebram regras antigas
Astrônomos continuam descobrindo super-Terras - planetas mais massivos que a Terra e ainda assim menos massivos que Netuno - em torno de outras estrelas.
A massa extra comprime o interior com força, alterando o comportamento de ferro e rochas e, em alguns casos, deixando um núcleo que deixa de se agitar.
Um planeta pode terminar com um núcleo sólido rígido demais para fluir, ou com um núcleo totalmente líquido, porém sem a estratificação adequada.
De uma forma ou de outra, o motor clássico do magnetismo baseado em núcleo de ferro pode enfraquecer, mesmo quando a superfície continua com aparência rochosa.
Um segundo motor magnético
A Terra primitiva provavelmente abrigou uma camada profunda de material derretido, e planetas rochosos maiores podem mantê-la muito depois de a superfície endurecer.
Os pesquisadores chamam essa camada de oceano de magma basal, uma zona de fusão apoiada na base do manto.
Se o material derretido conduzir eletricidade, sua circulação lenta pode acionar um dínamo - o processo que transforma movimento de fluido em campo magnético.
Essa hipótese muda a conta da habitabilidade, porque o campo magnético poderia persistir mesmo quando um núcleo de ferro não consegue.
Recriando pressões alienígenas aqui
No Laboratory for Laser Energetics da URochester, pulsos atingiram alvos e lançaram ondas de choque - frentes de pressão que comprimem materiais em altíssima velocidade.
“Este trabalho foi empolgante e desafiador, já que minha formação é principalmente computacional e este foi meu primeiro trabalho experimental”, disse Nakajima.
Esses testes rápidos, então, alimentaram modelos computacionais que estimaram se o mesmo material derretido conseguiria permanecer ativo por bilhões de anos.
Quando a rocha se comporta como metal
Sob pressão esmagadora, rocha fundida que normalmente impede a passagem de corrente começou a conduzi-la, agindo como condutor em vez de isolante.
A compressão aproximou os átomos, permitindo que os elétrons se deslocassem com mais liberdade e com menor perda de energia.
Em pressões profundas, o óxido de magnésio e versões levemente “tingidas” por ferro exibiram condutividade semelhante. Nos dois casos, o material líquido conseguiu transportar corrente elétrica.
Esse achado contrariou expectativas anteriores de que o ferro aumentaria o fluxo de corrente em ordens de grandeza no derretimento mais profundo.
A escala faz os escudos durarem
O tamanho do planeta entrou como fator decisivo porque mantos espessos retêm calor e mantêm o derretimento profundo em movimento por muito mais tempo.
À medida que um mundo cresce, a convecção ocorre por distâncias maiores, e o fluxo mais rápido reforça a retroalimentação magnética que estabiliza o campo.
Os modelos indicaram que planetas com massa acima de três a seis vezes a massa da Terra poderiam sustentar campos movidos por magma quase dez vezes mais fortes por vários bilhões de anos.
Mesmo assim, um campo intenso não era garantido, já que taxas de resfriamento e composição interna determinam se o material derretido continua circulando.
Encontrando campos à distância
Campos magnéticos não aparecem de forma direta na maioria das imagens de telescópios, então pesquisadores buscam sinais indiretos.
Uma estratégia procura emissão de rádio gerada por atividade semelhante a auroras quando partículas estelares atingem um planeta magnetizado.
Outra via acompanha como explosões da estrela perturbam a alta atmosfera do planeta, pois defesas magnéticas podem mudar o tempo e o padrão dessas respostas.
Mesmo sinais promissores podem ter outras origens, por isso a afirmação de um campo magnético normalmente exige múltiplas linhas de evidência.
Por que magnetismo não basta
A habitabilidade ainda depende de muitos detalhes, do comportamento de erupções da estrela até a capacidade do planeta de manter água e ar.
“Um campo magnético forte é muito importante para a vida em um planeta”, disse Nakajima.
Um dínamo em material derretido profundo poderia ajudar ao reduzir a erosão atmosférica, já que menos partículas carregadas alcançam a alta atmosfera com velocidade suficiente.
Ainda assim, um campo por si só não garante um ambiente habitável, porque temperatura, química e tempo também estabelecem os limites para a biologia.
Ao relacionar rocha fundida profunda com magnetismo de longa duração, o estudo ampliou o conjunto de planetas rochosos considerados promissores em pesquisas de habitabilidade.
Se as próximas observações conseguirem identificar esses campos, pesquisadores poderão avaliar melhor quais super-Terras mantêm atmosferas estáveis por bilhões de anos.
Crédito da foto: ilustração do University of Rochester Laboratory for Laser Energetics / Michael Franchot
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