Sabe-se que a Terra tem um núcleo de ferro rodeado por um manto de silicatos e água (oceanos) à sua superfície. Até hoje, a ciência tem utilizado este simples modelo planetário para investigar exoplanetas - planetas que orbitam outra estrela para lá do nosso Sistema Solar. "Só nos últimos anos é que começámos a perceber que os planetas são mais complexos do que pensávamos", diz Caroline Dorn, professora de Exoplanetas na ETH Zurique.

A maior parte dos exoplanetas conhecidos atualmente estão localizados perto da sua estrela. Isto significa que incluem principalmente mundos quentes com oceanos de magma fundido que ainda não arrefeceram para formar um manto sólido de silicatos como a Terra. A água dissolve-se muito bem nestes oceanos de magma - ao contrário, por exemplo, do dióxido de carbono, que rapidamente se liberta e sobe para a atmosfera.

O núcleo de ferro está localizado sob o manto fundido de silicatos. Então, como é que a água é distribuída entre os silicatos e o ferro? Foi precisamente isso que Dorn investigou em colaboração com Haiyang Luo e Jie Deng da Universidade de Princeton, com a ajuda de cálculos baseados nas leis fundamentais da física. Os investigadores apresentaram os seus resultados na revista Nature Astronomy.

"Sopa" de magma com água e ferro

Para explicar os resultados, Dorn tem de entrar em pormenores: "O núcleo de ferro leva tempo a desenvolver-se. Uma grande parte do ferro está inicialmente contida na sopa de magma quente sob a forma de gotículas". A água sequestrada nesta sopa combina-se com estas gotículas de ferro e afunda-se com elas no núcleo. "As gotículas de ferro comportam-se como um elevador que é transportado para baixo pela água", explica Dorn.

Até à data, este comportamento só era conhecido para pressões moderadas, como as que se verificam na Terra. Não se sabia o que acontecia no caso de planetas maiores com condições interiores de maior pressão. "Este é um dos principais resultados do nosso estudo", diz Dorn. "Quanto maior for o planeta e quanto maior for a sua massa, mais a água tende a ir com as gotículas de ferro e a integrar-se no núcleo. Em determinadas circunstâncias, o ferro pode absorver até 70 vezes mais água do que os silicatos. No entanto, devido à enorme pressão no núcleo, a água já não assume a forma de moléculas de H2O, mas está presente no hidrogénio e no oxigénio.

Também existem grandes quantidades de água no interior da Terra

Este estudo foi desencadeado por investigações sobre o conteúdo de água da Terra, que produziram um resultado surpreendente há quatro anos: os oceanos à superfície da Terra contêm apenas uma pequena fração da água total do nosso planeta. O conteúdo de mais de 80 vezes o dos oceanos da Terra pode estar escondido no seu interior. Este facto é demonstrado por simulações que calculam o comportamento da água em condições do tipo das que vigoravam quando a Terra era jovem. As experiências e as medições sismológicas são, por conseguinte, compatíveis.

As novas descobertas sobre a distribuição da água nos planetas têm consequências dramáticas para a interpretação dos dados das observações astronómicas. Com os seus telescópios no espaço e na Terra, os astrónomos podem, em determinadas condições, medir a massa e o tamanho de um exoplaneta. Com base nestes cálculos, elaboram diagramas de massa e raio que permitem tirar conclusões sobre a composição do planeta. Se, ao fazê-lo - como tem sido o caso até agora - a solubilidade e a distribuição da água forem ignoradas, o volume de água pode ser dramaticamente subestimado até dez vezes. "Os planetas são muito mais abundantes em água do que se supunha anteriormente", diz Dorn.

Compreendendo a história da evolução

A distribuição da água também é importante se quisermos compreender como é que os planetas se formam e se desenvolvem. A água que se afundou no núcleo permanece lá presa para sempre. No entanto, a água dissolvida no oceano de magma do manto pode desgaseificar-se e subir à superfície durante o arrefecimento do manto. "Por isso, se encontrarmos água na atmosfera de um planeta, é provável que haja muito mais no seu interior", explica Dorn.

É isto que o Telescópio Espacial James Webb, que há dois anos envia dados do espaço para a Terra, está a tentar descobrir. É capaz de localizar moléculas na atmosfera dos exoplanetas. "Só a composição da atmosfera superior dos exoplanetas pode ser medida diretamente", explica a cientista. "O nosso grupo pretende fazer a ligação entre a atmosfera e as profundezas interiores dos corpos celestes".

Os novos dados do exoplaneta TOI-270 d são particularmente interessantes. "Foram recolhidas evidências da existência real de tais interações entre o oceano de magma no seu interior e a atmosfera", diz Dorn, que esteve envolvida na publicação correspondente sobre TOI-270 d. A sua lista de objetos interessantes que deseja examinar mais de perto inclui também o planeta K2-18 b, que chegou às manchetes devido à probabilidade de nele existir vida.

Será que os mundos aquáticos, afinal, sustentam vida?

A água é uma das condições prévias para o desenvolvimento da vida. Há muito que se especula sobre a potencial habitabilidade de super-Terras com água em abundância - ou seja, planetas com uma massa várias vezes superior à da Terra e com uma superfície coberta por um oceano profundo e global. Anteriormente, os cálculos sugeriram que demasiada água poderia ser hostil à vida. O argumento era que, nesses mundos aquáticos, uma camada de gelo exótico de alta pressão impediria a troca de substâncias vitais na interface entre o oceano e o manto do planeta.

O novo estudo chega agora a uma conclusão diferente: planetas com camadas profundas de água são provavelmente uma ocorrência rara, uma vez que a maior parte da água nas super-Terras não se encontra à superfície, como se supunha até agora, mas está presa no núcleo. Isto leva os cientistas a assumir que mesmo os planetas com um teor de água relativamente elevado podem ter o potencial de desenvolver condições de habitabilidade semelhantes às da Terra. Como concluem Dorn e os seus colegas, o seu estudo lança assim uma nova luz sobre a potencial existência de mundos com água em abundância que podem suportar vida.

// ETH Zurique (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)

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Lista de exoplanetas candidatos a albergar água líquida (Wikipedia)
Open Exoplanet Catalogue
NASA
Exoplanet.eu