3672: Quando os planetas bebés derretem

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Max Collinet (esquerda) e o professor Tim Grove trabalham juntos para extrair uma amostra experimental de uma máquina única de fusão de rochas no MIT, que revela pistas sobre planetesimais e sobre a formação de planetas rochosos com a Terra e Marte.
Crédito: Stephanie Brown/MIT

Comecemos no início. Antes dos humanos, antes da Terra, antes até da existência de qualquer um dos planetas, havia planetas bebés – planetesimais. Coalescidos a partir de poeira expelida para fora pela nebulosa solar, estes corpos tinham apenas alguns quilómetros de diâmetro. Em pouco tempo agregaram-se devido à gravidade para formar os planetas rochosos na parte mais interior do Sistema Solar, deixando os primeiros detalhes sobre estes planetesimais à nossa imaginação.

A sua misteriosa identidade é complicada pelo facto de que Mercúrio, Vénus, a Terra e Marte são todos diferentes em termos de composição química. Como uma batedeira que mistura ingredientes de um bolo, a Terra passou por algum rearranjo, em grande parte devido ao vulcanismo e às placas tectónicas que deslocam elementos para dentro e para fora do interior, o que obscurece ainda mais quaisquer informações sobre os ingredientes originais e suas proporções.

Agora, um par de cientistas do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT (Massachusetts Institute of Technology) revelou algumas informações importantes sobre esses planetesimais, recriando em laboratório os primeiros magmas que estes objectos podem ter produzido na infância do Sistema Solar. E ao que parece, existem evidências físicas destes magmas nos meteoritos, acrescentando validação às suas afirmações.

“Esta formação e diferenciação destes planetesimais é uma espécie de passo importante na forma como se produziram os planetas terrestres interiores, e estamos realmente a começar a desvendar essa história,” diz o professor de Geologia Timothy Grove, autor principal do estudo, publicado numa trilogia de artigos científicos nas revistas Geochimica et Cosmochimica Acta e Meteoritics and Planetary Science.

“Teasers” de meteoritos

Até hoje, existem minúsculas evidências dos blocos de construção planetária do Sistema Solar em meteoritos, que se encaixam em duas categorias principais. Os condritos são feitos de material original e são do tipo mais comum. Os acondritos são oriundos de corpos parentes que sofreram algum tipo de modificação – e a compreensão destas modificações ajuda a explicar os processos que formam e “cultivam” planetas.

Os ureilitos, o segundo grupo mais abundante de acondritos, foram o tópico original desta investigação. Mas rapidamente os investigadores perceberam que os seus achados também podiam ser aplicados noutros sítios.

Graças a uma série de experiências desenhadas para corrigir erros em técnicas anteriores, Grove e o autor principal Max Collinet descobriram um novo ângulo. “O que nós ao início queríamos entender era mais sobre um pequeno grupo de meteoritos que é obscuro para muita gente,” diz Collinet da sua investigação de doutoramento. “Mas quando fizemos estas experiências, percebemos que os derretimentos que produzimos têm muitas implicações para muitos outros elementos da formação planetária.”

Isto inclui a origem do tipo mais abundante de meteorito acondrito, denominado eucrito, supostamente proveniente de Vesta, o segundo maior corpo da cintura de asteróides. Isto porque, em 1970, um investigador do MIT descobriu que Vesta era feito do mesmo tipo de rocha basáltica. “Tínhamos todas estas lavas basálticas da superfície de Vesta, e basicamente toda a gente assumiu que é o que acontece quando derretemos estes corpos,” explica Grove. Porém, recentemente, outros estudos derrubaram esta hipótese, deixando a questão: quais foram os primeiros derretimentos formados nos planetesimais?

Fazendo pequenos planetas

“O que percebemos é que realmente não sabíamos qual era a composição daqueles primeiros magmas produzidos em qualquer planetesimal, muito menos naquele em que estávamos interessados – o corpo parente dos ureilitos,” diz Collinet acerca dos resultados dos seus novos métodos experimentais.

Em estudos anteriores, usando um sistema experimental típico de “sistema aberto” que mantinha os baixos níveis de oxigénio esperados dentro de um planetesimal, muitos dos elementos alcalinos altamente reactivos – sódio e potássio – podiam escapar.

Groove e Collinet tiveram que trabalhar juntos para realizar as experiências usando um instrumento único no MIT que mantinha o sistema “fechado” e retinha todos os alcalinos. Preencheram uma pequena cápsula de metal com alguns milímetros quadrados com os mesmos elementos químicos que podem ter estado presentes num planetesimal e submeteram-nos a condições de baixo oxigénio, temperaturas de fusão de rochas e pressões esperadas nos interiores de corpos relativamente pequenos. Assim que essas condições foram alcançadas, o magma da amostra foi congelado – conforme registado nos seus métodos – ao “bater” na máquina com uma chave inglesa para garantir que a sua cápsula se fragmentava, caindo rapidamente para a temperatura ambiente.

A análise do magma, arrefecido num vidro, foi complicada. Como estavam à procura do início da fusão, as regiões dentro das amostras eram bem pequenas. Foram necessários alguns ajustes nos seus procedimentos para combinar todas numa região maior. Assim que foram capazes de medir as amostras, o par ficou chocado com as implicações do que descobriram.

“Não fazíamos ideia de que iríamos produzir estas coisas. Foi completamente imprevisto,” realça Grove. Este material era um granito rico em alcalinos – uma composição de cor clara e rica em sílica, como podemos ver num balcão de cozinha, no extremo oposto do espectro de rochas basálticas pobres em alcalinos e pobres em sílica de Vesta – como aqueles formados a partir de lava.

“Collinet e Grove mostram que ideias anteriores sobre as composições das primeiras fusões do nosso Sistema Solar, há cerca de 4,6 mil milhões de anos, podem estar incorrectas porque o registo de processos iniciais foi obscurecido pela actividade geológica de tempos mais recentes,” diz Cyrena Goodrich, cientista sénior do Instituto Lunar e Planetário da USRA (Universities Space Research Association), que não participou na investigação. “Estes resultados terão aplicações numa ampla gama de tópicos da geologia e das ciências planetárias e vão influenciar substancialmente trabalhos futuros.”

Estes resultados surpreendentes quase que coincidem com fusões medidas em muitas amostras de meteoritos naturais. Além disso, os dois cientistas aprenderam algo sobre os misteriosos alcalinos que faltavam nos planetas rochosos e sobre as diferenças entre a Terra, Marte, Vénus e Mercúrio.

Reimaginando o início

Anteriormente, supunha-se que as diferenças entre os planetas terrestres tinham surgido durante a dispersão inicial de elementos na nebulosa solar e se relacionavam com a forma como esses elementos se condensaram de gases para sólidos.

“Agora temos outro caminho,” diz Grove. Com os derretimentos que hospedam muitos alcalinos, seria necessário apenas algum método de remoção do derretimento para deixar estes planetesimais residuais esgotados de potássio e sódio.

O próximo passo será determinar como estas fusões podem ser extraídas do interior dos planetesimais, uma vez que os impulsionadores do movimento de magma na Terra provavelmente não seriam os mesmos nestes corpos planetários. De facto, a migração de elementos nos planetas primitivos, como a formação dos núcleos metálicos, é uma grande área desconhecida que o par de cientistas anseia continuar a explorar.

Devido à incapacidade de observar o que realmente aconteceu durante a formação do Sistema Solar, as surpresas expostas por este estudo são um passo significativo. “Trazemos novas pistas sobre como a nebulosa criou estes corpos,” resume Collinet, que agora é pós-doutorado na Alemanha, trabalhando para entender as camadas por baixo da crosta exterior de Marte. A partir de uma cápsula minúscula num laboratório ou de uma amostra microscópica de um meteorito derretido, é possível revelar informações sobre o nascimento de um vasto planeta.

Astronomia On-line
12 de Maio de 2020

 

spacenews