Uma camada de diamantes de até 18 quilômetros (11 milhas) de espessura pode estar escondida sob a superfície de Mercúrio, o menor planeta do sistema solar e o mais próximo do Sol, de acordo com uma nova pesquisa.
Os diamantes podem ter-se formado pouco depois de Mercúrio se ter tornado planeta, há cerca de 4,5 mil milhões de anos, a partir de uma nuvem de poeira e gás, num ambiente de alta pressão e alta temperatura. Acredita-se que nesta época o jovem planeta tinha uma crosta de grafite flutuando em um profundo oceano de magma.
Uma equipe de pesquisadores recriou esse ambiente escaldante em um experimento, com uma máquina chamada prensa de bigorna, normalmente usada para estudar como os materiais se comportam sob pressão extrema, mas também para a produção de diamantes sintéticos.
“É uma grande prensa, que nos permite submeter pequenas amostras à mesma alta pressão e alta temperatura que esperaríamos encontrar nas profundezas do manto de Mercúrio, na fronteira entre o manto e o núcleo”, disse Bernard Charlier, chefe do Departamento de Pesquisa da Universidade. departamento de geologia. de Liège, Bélgica, e coautor de um estudo que relata as descobertas.
A equipa inseriu uma mistura sintética de elementos, incluindo silício, titânio, magnésio e alumínio, numa cápsula de grafite, imitando a composição teorizada do interior de Mercúrio nos seus primeiros dias.
Os investigadores submeteram então a cápsula a pressões quase 70.000 vezes superiores às encontradas na superfície da Terra e a temperaturas de até 2.000°C, replicando condições provavelmente encontradas perto do núcleo de Mercúrio há milhares de milhões de anos.
Depois que a amostra derreteu, os cientistas analisaram as mudanças na química e nos minerais sob um microscópio eletrônico e notaram que a grafite havia se transformado em cristais de diamante.
Este mecanismo, dizem os investigadores, poderá não só dar-nos mais informações sobre os segredos escondidos sob a superfície de Mercúrio, mas também sobre a evolução planetária e a estrutura interna de exoplanetas com características semelhantes.
Mercúrio Misterioso
Mercúrio é o segundo planeta mais denso, depois da Terra. Um grande núcleo metálico ocupa 85% do raio de Mercúrio e é também o menos explorado dos planetas rochosos do sistema solar.
A última missão concluída a Mercúrio, o Messenger da NASA, orbitou o planeta entre março de 2011 e abril de 2015. Também conhecida como missão Superfície de Mercúrio, Ambiente Espacial, Geoquímica e Mapeamento, reuniu dados sobre a geologia, química e campo magnético do planeta, antes que o navio fique sem combustível e atinja a superfície.
“Sabe-se que existe muito carbono na forma de grafite na superfície de Mercúrio, mas há poucos estudos sobre o interior do planeta”, disse Yanhao Lin, cientista do Centro de Pesquisa Avançada para Ciência e Tecnologia de Alta Pressão. em Pequim e coautor do estudo, publicado em junho na revista Nature Communications.
“Em comparação com a Lua ou Marte, sabemos muito pouco sobre Mercúrio, também porque não temos amostras da superfície do planeta”, disse Charlier. Mercúrio é diferente de todos os outros planetas terrestres, acrescentou, porque está muito próximo do Sol e, portanto, tem uma quantidade muito baixa de oxigénio, o que afecta a sua química.
Uma das descobertas do Messenger foi o fato de Mercúrio ser rico em carbono e sua superfície ser cinza devido à presença generalizada de grafite, que é uma forma de carbono. Os diamantes também são feitos de carbono puro, formados sob condições específicas de pressão e temperatura. Os investigadores queriam ver se este processo poderia ter ocorrido durante a formação do planeta.
Quando Lin, Charlier e os seus colegas estavam a preparar a experiência para imitar o interior de Mercúrio, pouco depois da formação do planeta, um elemento crucial era o conhecimento de que o enxofre também está presente em Mercúrio, como mostraram evidências de estudos anteriores. “Descobrimos que as condições são diferentes das da Terra porque há muito enxofre em Mercúrio, o que baixou o ponto de fusão da nossa amostra”, disse Charlier.
“Ele derreteu completamente a uma temperatura mais baixa em comparação com um sistema sem enxofre, o que é bom para a estabilidade do diamante porque o diamante gosta de alta pressão, mas de temperatura mais baixa. E é principalmente isso que as nossas experiências nos dizem: o oceano de magma de Mercúrio é mais frio do que o esperado, e também mais profundo, como sabemos pela reinterpretação das medições geofísicas”, acrescentou, referindo-se aos dados também do Messenger.
Esses dois fatores, segundo o estudo, são os que permitem a formação dos diamantes.
Diamantes na superfície?
Charlier alerta que a espessura da camada de diamante, entre 15 e 18 quilómetros (9,3 e 11,1 milhas), é apenas uma estimativa e pode mudar à medida que o processo de formação de diamantes continua à medida que o núcleo de Mercúrio continua a arrefecer.
Também é impossível dizer o tamanho dos diamantes individuais. “Não temos ideia do tamanho deles, mas um diamante é feito apenas de carbono, então deveriam ser semelhantes ao que conhecemos na Terra em termos de composição. Eles pareceriam diamantes puros”, disse ele.
Os diamantes poderão ser extraídos um dia? Segundo Charlier, isso seria impossível mesmo com tecnologias futuras mais avançadas, porque elas estão a uma profundidade de cerca de 500 quilômetros (310 milhas). “No entanto, algumas lavas na superfície de Mercúrio foram formadas pelo derretimento do manto muito profundo. É razoável considerar que esse processo é capaz de trazer alguns diamantes à superfície, por analogia com o que acontece na Terra”, afirmou.
Este processo de formação de diamantes pode estar a acontecer em alguns dos exoplanetas que estamos a descobrir na nossa galáxia, explicou Charlier, se a sua química também for pobre em oxigénio, como Mercúrio.
“Se um exoplaneta fosse menor que Mercúrio, a fronteira entre o núcleo e o manto seria muito rasa e a pressão seria muito baixa, impedindo a formação de diamantes”, disse ele. “Mas um tamanho entre Mercúrio e a Terra, combinado com baixo teor de oxigênio, são condições favoráveis para a obtenção de diamantes.”
Os cientistas poderão saber mais em breve. Uma missão chamada BepiColombo — composta por duas naves espaciais lançadas em outubro de 2018 — está programada para entrar na órbita de Mercúrio em dezembro de 2025, após realizar uma série de sobrevôos. A missão, liderada pela Agência Espacial Europeia e pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, estudará o planeta em órbita e revelará muito mais sobre o seu interior e características.
A colaboração leva o nome do cientista italiano Giuseppe “Bepi” Colombo, que inventou a manobra de “assistência à gravidade” usada rotineiramente para enviar sondas para outros planetas.
“BepiColombo pode identificar e quantificar o carbono na superfície, mas também se há diamante na superfície ou mais grafite”, disse Charlier. “Isso não foi possível com o Messenger, e as medições também serão mais precisas, dando-nos melhores estimativas da profundidade da fronteira entre o núcleo e o manto. Seremos capazes de testar nossa hipótese novamente.”
Um passo importante
Sean Solomon, investigador principal da missão Messenger da NASA a Mercúrio e cientista sênior adjunto da Universidade de Columbia, na cidade de Nova York, disse que a pesquisa apresenta “uma ideia interessante”, mas que será um desafio para futuras missões a Mercúrio serem capazes de confirmar. isto. lá. “Qualquer camada de diamante é profunda e relativamente fina”, disse ele por e-mail. Solomon não estava envolvido no estudo.
“A técnica mais promissora é provavelmente a sismologia, porque as velocidades das ondas sísmicas no diamante são muito mais altas do que nas rochas do manto ou no material do núcleo, mas as medições sísmicas exigiriam uma ou mais sondas de longa duração na superfície de Mercúrio.” , Salomão disse. BepiColombo, a única missão atualmente planejada para chegar a Mercúrio, originalmente tinha um módulo de pouso, mas foi cortado devido a restrições orçamentárias.
Felipe González, físico teórico do departamento de Ciências da Terra e Planetárias da Universidade da Califórnia, Berkeley, que também não esteve envolvido no trabalho, disse que o estudo representa um passo importante na nossa compreensão dos interiores planetários e como eles se formam e evoluem. . Ele também acredita que estudos interdisciplinares como este são a chave para abordar os problemas complexos que enfrentamos hoje na ciência.
O mecanismo proposto pelo qual esta camada de diamante é formada é plausível, acrescentou González, mas ainda depende em grande parte das nossas suposições sobre o interior de Mercúrio.
“Embora bons limites tenham sido estabelecidos ao longo dos anos à medida que estudamos este planeta mais profundamente, só podemos aproximar a sua composição nos nossos modelos e experiências a partir de medições indiretas”, disse ele por e-mail.
“No entanto, este estudo ainda representa o melhor que podemos fazer com o que temos atualmente”, disse González. “Apenas futuras missões ao planeta Mercúrio dirão se estas previsões estavam corretas. Por enquanto, podemos nos concentrar em melhorar nossa compreensão dos materiais nessas condições extremas, executando mais e melhores simulações e experimentos em nossos laboratórios.”
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