NASA/Reuters
NASA/Reuters

Cientistas usam hidrogênio para desvendar mistério de planetas gasosos

A pesquisa pode aprofundar os conhecimentos sobre planetas como Júpiter e Saturno

Kenneth Chang, The New York Times

27 Agosto 2018 | 10h15

Com leves pulsos de gigantescos lasers, cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory da Califórnia transformaram hidrogênio em gotículas de metal liquido.

Sua pesquisa, divulgada no mês passado na revista Science, poderá aprimorar o conhecimento de gigantescos planetas formados por gás, como Júpiter e Saturno, cujo interior conteria supostamente hidrogênio líquido. A descoberta também poderá contribuir para alguns debates sobre a física do elemento mais leve e mais abundante do universo.

Com as temperaturas e as pressões encontradas na superfície da Terra, os átomos de hidrogênio se acoplam em moléculas e se espalham como um gás.

A temperaturas ultrafrias, abaixo de -254º Celsius, o hidrogênio se condensa em líquido. Também se torna um líquido a temperaturas mais elevadas quando submetido a enorme pressão. As moléculas permanecem intactas e seu estado de hidrogênio líquido é um isolante - ou seja, é um fraco condutor de eletricidade.

Sob pressões ainda maiores, as moléculas se fragmentam em átomos, e os elétrons dos átomos podem fluir livremente conduzindo facilmente eletricidade - o que define um metal.

Em 2015, nos laboratórios do Sandia National de Albuquerque, no Novo México, foram usadas intensas explosões de campos magnéticos para comprimir amostras de deutério, uma forma mais pesada de hidrogênio. Os cientistas de Sandia constataram que a transição metálica ocorria a cerca de três milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do solo na Terra.

Experimentos com a matéria a pressões ultraelevadas são difíceis de realizar, muitas vezes com resultados conflitantes, o que "cria um quadro que até o momento se mostrou bastante confuso", disse Peter M. Celliers, um físico do laboratório Livermore, que é o autor responsável pelo novo estudo. 

"Nós achamos que está começando a se esclarecer com este novo conjunto de dados".

A nova pesquisa é fruto da colaboração de cientistas americanos, franceses e britânicos na National Ignition Facility de Livermore. O maquinário gigantesco foi instalado em um edifício de dez andares com mais de 250 metros de comprimento. Com 192 lasers enormes mirando um alvo menor do que um grão de ervilha, ele foi construído para gerar explosões de fusão, embora não tenha atingido seu objetivo original.

O experimento atual usou 168 lasers para produzir uma série de ondas de choque através de deutério líquido ultrafrio. Os pesquisadores constataram que a transição do hidrogênio metálico ocorreu a pressões menos esmagadoras: apenas 2 milhões de vezes a pressão atmosférica.

O hidrogênio metálico líquido não ocorre naturalmente na Terra - salvo talvez no núcleo. Mas em Júpiter, a maior parte do hidrogênio pode estar fluindo como metal líquido e gerando os poderosos campos magnéticos do planeta. A compreensão das propriedades do hidrogênio metálico poderá ajudar os cientistas a decifrar dados da missão Juno da NASA, atualmente em órbita de Júpiter.

Os cientistas de Livermore afirmaram que a turbulência nas amostras maiores de Sandia mascarava a transição do hidrogênio para um metal, e que a temperatura deveria ser corrigida para baixo, localizando-se ao longo da mesma curva dos dados de Livermore.

Entretanto, os cientistas de Sandia confiam em seus dados e não concordaram com a maneira como o novo estudo reinterpretou as suas conclusões.

Ambas as experiências de Sandia e Livermore não conseguem medir as temperaturas diretamente e precisam inferi-las das simulações das ondas de choque no computador.

"Temos uma interpretação diferente do que eles estão vendo", disse Michael P. Desjarlais, um cientista de Sandia que trabalhou no experimento. "Suas temperaturas são, de fato, mais elevadas do que eles acreditam. Então, na realidade seus resultados seriam coerentes com nossos".

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