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Domingo, Julho 3, 2022

Uma nova simulação do núcleo de Marte pode explicar como ele perdeu seu campo magnético

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Marte é um planeta árido governado por tempestades globais de poeira. É também um mundo gelado, onde as temperaturas noturnas de inverno caem para menos 140 C (menos 220 F) nos pólos.

Mas nem sempre foi um deserto seco, estéril, gelado e inóspito. Era um lugar quente, úmido, quase convidativo, onde a água líquida corria pela superfície, enchendo lagos, abrindo canais e deixando deltas sedimentares.

Mas então ele perdeu seu campo magnético e, sem a proteção que ele oferecia, o Sol despojou a atmosfera do planeta. Sem sua atmosfera, a água foi em seguida.

Agora, Marte é o Marte que sempre conhecemos: um lugar que apenas rovers robóticos consideram hospitaleiro.

Como exatamente ele perdeu seu escudo magnético? Os cientistas estão intrigados com isso há muito tempo.

Um escudo magnético é fundamental para preservar a atmosfera e a habitabilidade da Terra. Sem ele, a Terra se assemelharia a Marte. Mas a Terra manteve sua proteção e Marte não. Portanto, a Terra está “ondulando com vida”, como disse Carl Sagan, enquanto Marte provavelmente é totalmente desprovido de vida.

Marte tem um fraco remanescente de um campo magnético que emana de sua crosta, mas é um fenômeno fraco que oferece pouca proteção.

A perda de sua magnetosfera foi catastrófica para Marte. Como isso aconteceu?

Uma nova estudo publicado em Comunicações da Natureza tenta responder a essa pergunta, como muitos estudos anteriores. O título é “Estratificação em núcleos planetários por imiscibilidade líquida em Fe-SH”. Os principais autores são Kei Hirose do Departamento de Terra e Ciências Planetárias da Universidade de Tóquio e Ph.D. estudante Shunpei Yokoo no laboratório Hirose.

O núcleo da Terra cria um efeito magneto que gera os campos magnéticos do nosso planeta. Há um núcleo interno sólido e um núcleo líquido externo.

O calor flui do núcleo interno para o núcleo externo, gerando correntes convectivas no núcleo líquido externo. As correntes convectivas fluem em padrões gerados pela rotação do planeta, pelo núcleo interno e pelo efeito Coriolis. Isso cria a magnetosfera do planeta.

A magnetosfera envolve a Terra como um cobertor protetor. O vento solar do Sol atinge a magnetosfera, e a magnetosfera a força a fluir ao redor do planeta em vez de atingir a atmosfera ou a superfície.

A magnetosfera não é uma esfera: o vento solar move a magnetosfera para uma forma assimétrica. A magnetosfera impede que o vento solar destrua a atmosfera da Terra. Sem ele, a Terra seria seca, morta e estéril, assim como Marte.

Então, o que aconteceu com Marte?

“O campo magnético da Terra é impulsionado por correntes de convecção inconcebivelmente enormes de metais fundidos em seu núcleo. Acredita-se que os campos magnéticos em outros planetas funcionem da mesma maneira”, disse Hirose. disse em um comunicado de imprensa.

“Embora a composição interna de Marte ainda não seja conhecida, evidências de meteoritos sugerem que é ferro fundido enriquecido com enxofre. as coisas implicam a presença de elementos adicionais mais leves, como o hidrogênio.”

da NASA Módulo de aterrissagem InSIGHT lutou para cumprir todos os seus objetivos científicos. Mas reuniu algumas evidências críticas sobre a estrutura interior de Marte. Se os resultados do InSIGHT estiverem corretos e se o hidrogênio implícito estiver lá, há uma base para experimentos que podem revelar mais sobre o escudo magnético perdido de Marte.

(NASA/Goddard/MAVEN/CU Boulder/SVS/Cindy Starr)

Acima de um visualização das correntes elétricas ao redor de Marte. Correntes elétricas (setas azuis e vermelhas) envolvem Marte em uma estrutura aninhada de loop duplo que envolve continuamente o planeta do lado diurno ao lado noturno. Esses loops de corrente distorcem o campo magnético do vento solar (não retratado), que envolve Marte para criar uma magnetosfera induzida ao redor do planeta.

“Com esse detalhe, preparamos ligas de ferro que esperamos constituir o núcleo e as submetemos a experimentos”, disse Hirose disse.

Experimentos anteriores investigaram o comportamento de núcleos planetários em diferentes pressões e temperaturas. Mas eles não se concentraram no hidrogênio.

“Teorias recentes de formação de planetas demonstram que uma grande quantidade de água foi entregue a Marte e à Terra durante suas acreções, sugerindo que o hidrogênio é possivelmente um importante elemento de luz no núcleo”, os autores explique em seu papel. “Apesar de sua importância, até agora o sistema Fe-SH tem sido pouco investigado em altas pressões.”

Mas se os dados do InSIGHT estiverem corretos, o hidrogênio no núcleo Fe-SH pode desempenhar um papel no colapso do campo magnético de Marte.

Os pesquisadores prepararam uma amostra de material que combina com o que eles acham que o núcleo de Marte já foi composto. Continha ferro, enxofre e hidrogênio – Fe-SH. Eles colocaram a amostra em um dispositivo chamado bigorna de diamante ou célula de bigorna de diamante (DAC).

A bigorna de diamante usada nos experimentos. (Yoko e outros)

Uma bigorna de diamante comprime as amostras entre duas pequenas placas de diamante. Os diamantes podem suportar pressões extremas dentro da bigorna porque são forjados em extrema pressão nas profundezas da Terra.

O DAC pode submeter amostras microscópicas a pressões de centenas de gigapascals. Um laser aqueceu a amostra para que as condições simulassem o núcleo de Marte. À medida que a equipe submeteu a amostra a temperaturas e pressões mais altas, eles a observaram com raios-X e feixes de elétrons para rastrear mudanças no material. Não apenas a amostra de Fe-SH derreteu, mas também mudou sua composição.

Os resultados da experiência centram-se na ideia de miscibilidade. Quando os materiais são adicionados e criam uma mistura homogênea, eles são miscíveis. Quando os materiais são adicionados e não formam uma mistura homogênea, eles são imiscíveis. A imiscibilidade do Fe-SH em altas temperaturas e pressões desempenhou um papel significativo na história planetária marciana.

“Ficamos muito surpresos ao ver um comportamento específico que pode explicar muita coisa”, Hirose disse em um comunicado de imprensa. “O Fe-SH inicialmente homogêneo se separou em dois líquidos distintos com um nível de complexidade que nunca foi visto antes sob esses tipos de pressões”, disse Hirose. “Um dos líquidos de ferro era rico em enxofre, o outro rico em hidrogênio, e isso é a chave para explicar o nascimento e eventual morte do campo magnético em torno de Marte.”

Hirose e sua equipe pensam que inicialmente dois líquidos imiscíveis se separaram no núcleo de Marte.

“Enquanto os líquidos mais densos separados ficaram na parte mais profunda, os líquidos mais leves migraram para cima e se misturaram com o núcleo líquido a granel, o que poderia impulsionar a convecção do núcleo marciano”, eles disseram. escrever.

Mas na região onde os dois líquidos se separaram, algo mais aconteceu. “Ao mesmo tempo, a estratificação composicional gravitacionalmente estável deve ter se desenvolvido em uma região onde ocorreu a separação de líquidos. Eventualmente, todo o núcleo de Marte tornou-se estratificado, o que cessou a convecção.”

DiagramaShowsTheStratificationInPlanetaryCoresByLiquidImmiscibilityOnMarsAndEarth(Yokoo et al., Nat. Commun., 2022)

Acima: Esta figura do artigo mostra como o núcleo de Marte e o núcleo da Terra começaram de forma semelhante, depois mudaram ao longo do tempo. O azul claro e o azul escuro representam líquidos flutuantes e densos, respectivamente.

Os cientistas já sabiam quando a convecção cessou e Marte perdeu seu escudo magnético. Isso aconteceu há cerca de 4 bilhões de anos. Este estudo explica por que a convecção terminou, levando à perda do escudo magnético.

Também explica como tudo começou. “A separação de líquidos imiscíveis ricos em S e ricos em H pode ter sido responsável tanto pelo início quanto pelo término da convecção do núcleo marciano e da ação do dínamo”, eles disseram. escrever em seu papel.

Uma vez que os dois líquidos se separaram, Marte estava condenado. Não havia mais convecção, nem magnetismo, nem atmosfera, nem água. O prazo exato é desconhecido, mas o resultado foi um planeta morto.

No entanto, este é apenas um estudo e não temos o quadro completo. “Com nossos resultados em mente, o estudo sísmico de Marte, esperamos, verificará que o núcleo está de fato em camadas distintas, como prevemos”, disse. disse Hirose. “Se for esse o caso, isso nos ajudaria a completar a história de como os planetas rochosos, incluindo a Terra, se formaram e explicam sua composição.”

Sabemos que a Terra não permanecerá habitável para sempre. Em cerca de 5 bilhões de anos, o Sol entrará em sua fase gigante vermelha e destruirá a Terra. Mas nosso escudo magnético protetor também não durará para sempre, e estamos condenados sem ele. O que acontecerá primeiro? Destino pela perda da magnetosfera? Ou condenação por um gigante vermelho?

“E você pode estar pensando que a Terra pode um dia perder seu campo magnético também”, Hirose disse“mas não se preocupe, isso não vai acontecer por pelo menos um bilhão de anos.”

Então temos um bilhão de anos. Não vamos desperdiçá-lo.

Este artigo foi originalmente publicado por Universo hoje. Ler o artigo original.



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