Em nossa busca por exoplanetas, descobrimos que muitos deles se enquadram em certos tipos ou categorias, como Júpiteres Quentes, Super-Terras e Gigantes de Gelo. Embora não tenhamos nenhum exemplo dos dois primeiros em nosso sistema solar, temos dois Gigantes de Gelo: Urano e Netuno. Eles são planetas gasosos de tamanho médio formados nas regiões externas frias do sistema solar. Por causa disso, são ricos em água e outros compostos voláteis e são muito diferentes de grandes gigantes gasosos como Júpiter. Ainda temos muito que aprender sobre estes mundos, mas o que descobrimos até agora tem sido surpreendente, como a natureza dos seus campos magnéticos.
Quando a sonda Voyager 2 passou por Urano e Netuno na década de 1980, descobriu que nenhum dos mundos tinha um campo magnético dipolar forte como o da Terra. Em vez disso, cada um tinha um campo magnético mais fraco e caótico, semelhante ao de Marte. Isto foi surpreendente dado o que entendemos sobre a formação de planetas.
Na juventude de um planeta, o interior fica muito quente devido à compressão gravitacional. Isso permitiria que materiais mais pesados, como o ferro, afundassem no núcleo, enquanto materiais mais leves, como a água, se moveriam em direção à superfície. Para a Terra, isso criou um núcleo de níquel-ferro com uma crosta de silicatos, água e produtos orgânicos. O tremendo calor no núcleo também permitiria uma região convectiva, onde o material quente do núcleo sobe um pouco antes de esfriar e afundar, criando um fluxo circular de material denso. Na Terra, esta região convectiva de ferro gera o forte campo magnético do nosso planeta. Como Urano e Netuno provavelmente têm um núcleo metálico do tamanho da Terra, esperaríamos que eles tivessem uma região de convecção semelhante, gerando um campo magnético semelhante. Mas não é isso que observamos.
Após a descoberta da Voyager 2, pensou-se que talvez algum mecanismo impedisse a formação de uma região de convecção. Talvez as camadas dentro de um gigante gasoso não se misturem, semelhante à separação do petróleo e da água. Mas os detalhes permaneceram desconhecidos. Como não podemos criar as condições de alta densidade e alta pressão do núcleo de um gigante gasoso em laboratório, não tivemos como testar vários modelos. Também não enviamos outra sonda para nenhum dos planetas, por isso não temos como recolher novos dados in situ.
Uma abordagem que poderia funcionar para resolver o mistério seria usar simulações de computador. No entanto, simular as interações de centenas de moléculas para calcular suas propriedades de volume é extremamente intensivo. Muito complexo para os sistemas de computador de uma década atrás. Mas um novo estudo simulou as propriedades de volume de mais de 500 moléculas, o que é suficiente para calcular como se formam as camadas de um gigante gelado.
As simulações mostram como a água, o metano e a amônia na região intermediária de Urano e Netuno se separam em duas camadas não misturáveis. Isso ocorre principalmente porque o hidrogênio é expelido do interior profundo, o que limita a forma como a mistura pode ocorrer. Sem uma zona de convecção nessas camadas, os planetas não podem formar um forte campo magnético dipolar. Urano provavelmente tem um núcleo rochoso do tamanho de Mercúrio, enquanto Netuno provavelmente tem um núcleo rochoso do tamanho de Marte.
Futuros experimentos de laboratório poderiam confirmar algumas dessas propriedades em massa, e há uma proposta de missão a Urano que reuniria dados para confirmar ou refutar este modelo.
Referência: MILITZER, Burkhard. “A separação de fases dos gelos planetários explica os campos magnéticos não dipolares de Urano e Netuno.” Anais da Academia Nacional de Ciências 121,49 (2024): e2403981121.
