(CNN) — Uma camada de diamantes de até 18 quilômetros de espessura pode estar escondida abaixo da 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 logo após o próprio Mercúrio se fundir em um planeta há cerca de 4,5 bilhões de anos de uma nuvem rodopiante de poeira e gás, no cadinho de um ambiente de alta pressão e alta temperatura. Neste momento, o planeta incipiente está acreditava ter tido uma crosta de grafite flutuando sobre 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 prensa enorme, que nos permite submeter amostras minúsculas à mesma alta pressão e alta temperatura que esperaríamos nas profundezas do manto de Mercúrio, na fronteira entre o manto e o núcleo”, disse Bernard Charlier, chefe do departamento de geologia da Universidade de Liège, na Bélgica, e coautor de um estudo que relata as descobertas.
A equipe inseriu uma mistura sintética de elementos — incluindo silício, titânio, magnésio e alumínio — dentro de uma cápsula de grafite, imitando a composição teorizada do interior de Mercúrio em seus primeiros dias. Os pesquisadores então submeteram a cápsula a pressões quase 70.000 vezes maiores do que as encontradas na superfície da Terra e temperaturas de até 2.000 graus Celsius (3.630 graus Fahrenheit), replicando as condições provavelmente encontradas perto do núcleo de Mercúrio bilhões de anos atrás.
Depois que a amostra derreteu, os cientistas observaram as mudanças na química e nos minerais em um microscópio eletrônico e notaram que o grafite havia se transformado em cristais de diamante.
Esse mecanismo, dizem os pesquisadores, pode não apenas nos dar mais informações sobre os segredos escondidos abaixo da 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 também é o menos explorado dos planetas terrestres do sistema solar. A última missão concluída para Mercúrio, a MESSENGER da NASA, orbitou o planeta entre março de 2011 e abril de 2015. Também conhecida como missão Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging, ela coletou dados sobre a geologia, química e campo magnético do planeta, antes que a espaçonave ficasse sem combustível e impactasse a superfície.
“Sabemos que há muito carbono na forma de grafite na superfície de Mercúrio, mas há muito poucos estudos sobre o interior do planeta”, disse Yanhao Lin, cientista da equipe do Centro de Pesquisa Avançada em Ciência e Tecnologia de Alta Pressão em Pequim e coautor do estudo, que apareceu em junho no periódico Comunicações da Natureza.
“Comparado à Lua ou Marte, sabemos muito pouco sobre Mercúrio, também porque não temos nenhuma amostra da superfície do planeta”, disse Charlier. Mercúrio é diferente de todos os outros planetas terrestres, ele acrescentou, porque está muito perto do sol e, portanto, tem uma quantidade muito baixa de oxigênio, o que afeta sua química.
Uma das descobertas da 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. Diamantes também são feitos de carbono puro, formados sob condições específicas de pressão e temperatura. Os pesquisadores queriam ver se esse processo poderia ter ocorrido durante a formação do planeta.
Quando Lin, Charlier e seus colegas estavam preparando o experimento para imitar o interior de Mercúrio logo após a formação do planeta, um elemento crucial foi o conhecimento de que o enxofre também está presente em Mercúrio, como evidenciado por Estudos anteriores mostrou. “Descobrimos que as condições são diferentes da Terra porque há muito enxofre em Mercúrio, o que diminuiu o ponto de fusão da nossa amostra”, disse Charlier.
“Ele derreteu completamente a uma temperatura mais baixa em comparação a 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 nossos experimentos nos dizem — o oceano de magma de Mercúrio é mais frio do que o esperado, e também mais profundo, como sabemos pela reinterpretação de medições geofísicas”, acrescentou, referindo-se também aos dados do MESSENGER.
Esses dois fatores, segundo o estudo, são o que torna possível a formação dos diamantes.
Diamantes na superfície?
Charlier alerta que a espessura da camada de diamante, entre 15 e 18 quilômetros (9,3 e 11,1 milhas), é apenas uma estimativa e pode mudar porque o processo de formação dos diamantes ainda está em andamento, à medida que o núcleo de Mercúrio continua esfriando.
Também é impossível dizer o quão grandes os diamantes individuais podem ser. “Não temos nenhuma pista sobre o tamanho deles, mas um diamante é feito apenas de carbono, então eles devem ser semelhantes ao que conhecemos na Terra para sua composição. Eles se pareceriam com diamantes puros”, ele disse.
Os diamantes poderiam ser minerados? De acordo com Charlier, isso seria impossível mesmo com tecnologias futuras mais avançadas, porque eles 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”, disse ele.
Esse processo de formação de diamantes pode estar acontecendo em alguns dos exoplanetas que estamos descobrindo em nossa galáxia, explicou Charlier, se sua química também for baixa em oxigênio como Mercúrio. “Se um exoplaneta for menor que Mercúrio, o limite núcleo-manto seria muito raso e a pressão seria muito baixa, impedindo a formação dos diamantes”, disse ele. “Mas um tamanho entre Mercúrio e a Terra, combinado com baixo oxigênio, são condições favoráveis para obter diamantes.”
Os cientistas podem saber mais em breve. Uma missão chamada BepiColombo — composta por duas espaçonaves lançadas em outubro de 2018 — deve conduzir a inserção na órbita de Mercúrio em dezembro de 2025 após realizar uma série de sobrevoos. A missão, liderada pela Agência Espacial Europeia e pela Agência de Exploração Aeroespacial do Japão, estudará o planeta da órbita e revelará muito mais sobre seu interior e características.
A colaboração recebeu o nome do cientista italiano Giuseppe “Bepi” Colombo, que inventou o “assistente de gravidade” manobra usado rotineiramente para enviar sondas para outros planetas.
“BepiColombo pode possivelmente identificar e quantificar o carbono na superfície, mas também se há diamante na superfície ou mais grafite”, disse Charlier. “Isso não foi possível com MESSENGER, e as medições também serão mais precisas, nos dando melhores estimativas da profundidade do limite núcleo-manto. Seremos capazes de testar nossa hipótese novamente.”
Um passo importante em frente
Sean Solomon, o principal investigador da missão MESSENGER da NASA para Mercúrio e um cientista pesquisador sênior adjunto na Universidade de Columbia, na cidade de Nova York, disse que ela apresenta “uma ideia interessante”, mas que será um desafio para futuras missões para Mercúrio serem capazes de confirmá-la. “Qualquer camada de diamante é profunda e relativamente fina”, ele disse em um 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 maiores do que aquelas nas rochas do manto ou no material do núcleo, mas as medições sísmicas exigiriam um ou mais módulos de pouso de longa duração na superfície de Mercúrio”, disse Solomon. BepiColombo, a única missão atualmente planejada para chegar a Mercúrio, originalmente tinha um módulo de pouso, mas ele foi cortado devido a restrições orçamentárias.
Felipe González, um físico teórico do departamento de ciências da Terra e planetárias da Universidade da Califórnia, Berkeley, que também não estava envolvido com o trabalho, disse que o estudo representa um importante passo à frente em nossa compreensão dos interiores planetários e como eles se formam e evoluem. Ele também acredita que estudos interdisciplinares como este detêm a chave para abordar os problemas complexos que enfrentamos na ciência hoje.
O mecanismo proposto pelo qual essa camada de diamante é formada é plausível, González acrescentou, mas ainda depende em grande parte de nossas suposições sobre o interior de Mercúrio. “Embora restrições muito boas tenham sido colocadas ao longo dos anos, à medida que estudamos este planeta mais profundamente, só podemos aproximar sua composição em nossos modelos e experimentos a partir de medições indiretas”, disse ele por e-mail.
“Ainda assim, este estudo ainda representa o melhor que podemos fazer com o que temos atualmente”, disse González. “Somente missões futuras ao planeta Mercúrio dirão se essas previsões estavam corretas. Por enquanto, podemos nos concentrar em melhorar nossa compreensão de materiais nessas condições extremas, realizando mais e melhores simulações e experimentos em nossos laboratórios.”
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