A água é um componente importante dos exoplanetas, com sua distribuição, isto é, seja na superfície ou profundamente dentro, influenciando fundamentalmente as propriedades planetárias. De acordo com uma nova pesquisa, para planetas do tamanho da Terra e planetas mais massivos do que 6 vezes a massa da Terra, a maioria da água reside profundamente nos núcleos dos planetas.
A maior parte da água pode ser armazenada profundamente no núcleo e no manto do exoplaneta, e não na superfície. Crédito da imagem: Sci.News.
“A maioria dos exoplanetas conhecidos hoje está localizada perto de sua estrela”, disse a professora Caroline Dorn, da ETH Zurique.
“Isso significa que eles compreendem principalmente mundos quentes de oceanos de magma derretido que ainda não esfriaram para formar um manto sólido de rocha de silicato como a Terra.”
“A água se dissolve muito bem nesses oceanos de magma — ao contrário, por exemplo, do dióxido de carbono, que rapidamente se desgaseifica e sobe para a atmosfera.”
“O núcleo de ferro está localizado abaixo do manto fundido de silicatos. Então, como a água é distribuída entre os silicatos e o ferro?”
“O núcleo de ferro leva tempo para se desenvolver. Uma grande parte do ferro está inicialmente contida na sopa de magma quente na forma de gotículas.”
“A água sequestrada nessa sopa combina-se com essas gotículas de ferro e afunda com elas até o núcleo. As gotículas de ferro se comportam como um elevador que é transportado para baixo pela água.”
Até agora, esse comportamento só era conhecido em pressões moderadas, do tipo que também prevalece na Terra.
Não se sabia o que acontecia no caso de planetas maiores com condições internas de maior pressão.
“Este é um dos principais resultados do nosso estudo”, disse o professor Dorn.
“Quanto maior o planeta e maior sua massa, mais a água tende a ir com as gotículas de ferro e se integrar ao núcleo.”
“Sob certas circunstâncias, o ferro pode absorver até 70 vezes mais água do que os silicatos.”
“No entanto, devido à enorme pressão no núcleo, a água não assume mais a forma de moléculas de água, mas está presente em hidrogênio e oxigênio.”
Este estudo foi motivado por investigações sobre o conteúdo de água da Terra, que produziram um resultado surpreendente há quatro anos: os oceanos na superfície da Terra contêm apenas uma pequena fração da água total do nosso planeta.
O conteúdo de mais de 80 oceanos da Terra pode estar escondido em seu interior.
Isso é demonstrado por simulações que calculam como a água se comporta sob condições do tipo que prevalecia quando a Terra era jovem. Experimentos e medições sismológicas são, portanto, compatíveis.
As novas descobertas sobre a distribuição de água nos planetas têm consequências dramáticas para a interpretação de dados de observação astronômica.
Usando seus telescópios no espaço e na Terra, os astrônomos podem, sob certas condições, medir o peso e o tamanho de um exoplaneta.
Eles usam esses cálculos para elaborar diagramas de massa-raio que permitem tirar conclusões sobre a composição do planeta.
“Se ao fazer isso — como tem sido o caso até agora — a solubilidade e a distribuição da água forem ignoradas, o volume de água pode ser dramaticamente subestimado em até dez vezes”, disse o professor Dorn.
“Os planetas são muito mais abundantes em água do que se supunha anteriormente.”
A distribuição de água também é importante se quisermos entender como os planetas se formam e se desenvolvem. A água que afundou no núcleo permanece presa lá para sempre.
Entretanto, a água dissolvida no oceano de magma do manto pode desgaseificar e subir à superfície durante o resfriamento do manto.
“Então, se encontramos água na atmosfera de um planeta, provavelmente há muito mais em seu interior”, disse o professor Dorn.
A água é uma das pré-condições para o desenvolvimento da vida. Há muito tempo há especulação sobre a potencial habitabilidade de super-Terras ricas em água.
Então, os cálculos sugeriram que muita água poderia ser hostil à vida. O argumento era que nesses mundos aquáticos uma camada de gelo exótico de alta pressão impediria a troca de substâncias vitais na interface entre o oceano e o manto do planeta.
O estudo atual chega a uma conclusão diferente: planetas com camadas profundas de água provavelmente são uma ocorrência rara, já que a maior parte da água nas super-Terras não está localizada na superfície, como se supunha até agora, mas está presa dentro do núcleo.
Isso leva os astrônomos a supor que mesmo planetas com um teor de água relativamente alto podem ter o potencial de desenvolver condições habitáveis semelhantes às da Terra.
“O estudo deles, portanto, lança uma nova luz sobre a potencial existência de mundos abundantes em água que poderiam sustentar vida”, disseram os autores.
O estudar foi publicado no periódico Astronomia da Natureza.
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H. Luo e outros. O interior como reservatório de água dominante em super-Terras e sub-Netunos. Nat Astronpublicado online em 20 de agosto de 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02347-z
