Cientistas avançaram na compreensão de uma das formas mais exóticas da água já estudadas – um estado que não existe naturalmente na Terra, mas que pode dominar o interior de planetas gigantes como Urano e Netuno. Trata-se da chamada água superiônica, um tipo de gelo quente, escuro e eletricamente condutor, capaz de ajudar a explicar os campos magnéticos caóticos desses mundos distantes.
Os resultados vêm de uma série de experimentos descritos em um estudo publicado na revista Nature Communications, liderado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, nos Estados Unidos, e da Universidade Sorbonne, na França.
Pela primeira vez, o trabalho fornece evidências experimentais detalhadas de como a estrutura interna desse material pode influenciar diretamente o comportamento magnético dos planetas.
Gelo negro, um estado extremo da água
Em condições comuns, a água pode existir como sólido, líquido ou gás. Mas sob pressões e temperaturas extremas (como as encontradas no interior de gigantes de gelo) ela assume um estado superiônico. Nessa fase, os átomos de oxigênio formam uma rede cristalina rígida, enquanto os átomos de hidrogênio se movem livremente através dessa estrutura. Esse movimento torna o material altamente condutor de eletricidade.
Há décadas, os cientistas suspeitavam que esse tipo de gelo fosse responsável pelos campos magnéticos irregulares observados pela sonda Voyager 2 durante suas passagens por Urano e Netuno. O desafio sempre foi comprovar experimentalmente como essa água se organiza em nível atômico.
Modelos teóricos indicavam que a água superiônica deveria formar cristais bem definidos, organizados em estruturas cúbicas regulares. No entanto, essas estruturas ordenadas não pareciam compatíveis com campos magnéticos tão instáveis quanto os detectados pelas sondas espaciais.
Gelo negro recriado em laboratório
Para testar essa hipótese, os pesquisadores precisaram primeiro criar água superiônica em laboratório – uma tarefa complexa, já que ela só existe por frações de segundo sob condições extremas. Utilizando duas bigornas de diamante, os cientistas submeteram uma amostra de água a pressões equivalentes a 1,8 milhão de atmosferas. Em seguida, lasers pulsados elevaram a temperatura para cerca de 2.500 Kelvin.
No instante exato em que essas condições foram atingidas, a amostra foi analisada com raios X, permitindo observar a posição dos átomos antes que a estrutura se desintegrasse.
O resultado surpreendeu. Em vez de um cristal uniforme, os dados revelaram uma combinação complexa de estruturas: camadas com arranjos cúbicos se misturavam a regiões com organização hexagonal, formando um padrão irregular e instável. Inicialmente, os cientistas suspeitaram de interferências experimentais, mas testes repetidos em outro acelerador, na Alemanha, confirmaram os achados.
Experimentos adicionais mostraram que, conforme a pressão aumentava, múltiplas redes cristalinas podiam coexistir, contrariando a ideia de uma transição clara entre diferentes estruturas. Essa complexidade estrutural ajuda a explicar por que os campos magnéticos de Urano e Netuno são tão desordenados: a condução elétrica dentro do planeta pode variar de forma imprevisível, gerando campos magnéticos irregulares.
Embora os experimentos de laboratório não repliquem perfeitamente as condições do interior planetário – onde esses materiais existem de forma contínua e por longos períodos – os pesquisadores acreditam que o comportamento observado oferece pistas importantes sobre o que ocorre em escala planetária.
A forma mais comum de água do universo?
- Apesar de nunca aparecer naturalmente na Terra, a água superiônica pode ser extremamente comum no cosmos;
- Planetas gigantes de gelo representam uma parcela significativa dos exoplanetas já identificados, o que sugere que esse tipo de água pode ser uma das formas mais abundantes do universo;
- A descoberta reforça uma ideia central da ciência planetária: a água, essencial para a vida como a conhecemos, pode assumir configurações radicalmente diferentes dependendo do ambiente.
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