Uma das características mais invulgares de Urano e Neptuno são os respetivos campos magnéticos. Ambos os planetas possuem magnetosferas caóticas, desalinhadas e fortemente inclinadas em relação ao eixo de rotação, algo que não se observa em mais nenhum planeta.
A razão não é totalmente conhecida, mas uma equipa de investigadores da China e da Rússia poderá ter acrescentado uma nova peça ao enigma: uma forma ionizada de água extremamente invulgar, designada aquodiium, que poderá existir nas regiões interiores sujeitas a pressões extremas destes estranhos mundos gelados.
O aquodiium é formado por uma molécula normal de água à qual se juntam dois protões adicionais. Isto confere-lhe uma carga líquida positiva que, em quantidades suficientemente elevadas, poderia gerar um campo magnético planetário semelhante aos de Urano e Neptuno.
Campos magnéticos de Urano e Neptuno
Os campos magnéticos planetários estendem-se muito para lá dos planetas que os produzem, alcançando o espaço circundante. No entanto, são criados nas profundezas planetárias pelo movimento de cargas, embora o mecanismo específico possa variar.
Na Terra, esse papel cabe à liga de ferro e níquel que se move no núcleo: roda, sofre convecção e conduz eletricidade, transformando toda essa energia cinética em correntes de eletrões num processo chamado dínamo. No caso de Júpiter e Saturno, os cientistas consideram que é o hidrogénio metálico que cria o meio através do qual os eletrões fluem.
A Terra, Júpiter e Saturno têm campos magnéticos relativamente ordenados, semelhantes aos de um enorme íman em barra disposto ao longo do eixo de rotação do planeta. As linhas de campo formam uma espécie de estrutura bem organizada, ligando nitidamente um polo norte a um polo sul.
Em contraste, os polos magnéticos de Urano e Neptuno estão inclinados, respetivamente, 59 e 47 graus relativamente aos seus eixos de rotação. Além disso, as linhas dos seus campos magnéticos estão constantemente a mudar de forma e posição, e nem sequer se encontram centradas nos núcleos dos planetas.
Uma explicação possível é que estes campos magnéticos sejam produzidos por um fluido condutor iónico, no qual são os iões, e não eletrões transportados pelo fluido, que atuam como portadores de carga.
"O hidrogénio que envolve o núcleo rochoso de Júpiter nessas condições [de alta pressão] é um metal líquido: pode fluir, tal como o ferro fundido no interior da Terra, e a sua condutividade elétrica deve-se aos eletrões livres partilhados por todos os átomos de hidrogénio comprimidos", explica Artem Oganov, químico teórico, mineralogista e físico do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia, na Rússia.
"Em Urano, pensamos que são os próprios iões de hidrogénio - ou seja, os protões - os portadores de carga livres."
A questão passa então por determinar quais os iões envolvidos. Alguns, como o amónio, são hipóteses evidentes. Mas será que as moléculas de água dos planetas também poderão ter um papel mais importante neste processo?
Aquodiium e a química sob pressão extrema
Liderada pelo físico Jingyu Hou, da Universidade de Nankai, na China, uma equipa de investigadores regressou aos princípios fundamentais e combinou-os com modelos sobre a evolução das moléculas, explorando um conceito denominado hibridação química.
A hibridação ocorre quando os elementos orbitais de um átomo se misturam ou combinam, permitindo-lhe estabelecer ligações de novas formas. Existem vários tipos de hibridação, mas o relevante neste caso é a hibridação sp³, em que quatro orbitais assumem uma disposição tetraédrica em torno do núcleo central.
Cada um dos quatro vértices do tetraedro contém um eletrão isolado, capaz de estabelecer uma ligação com outro átomo, ou um par de eletrões que não consegue formar ligações com outros átomos.
O oxigénio possui dois eletrões isolados e dois pares de eletrões na sua camada exterior. Se se ligar um átomo de hidrogénio a cada um dos eletrões de valência disponíveis, obtém-se H₂O - água.
Por vezes, um hidrogénio sem o seu eletrão - também conhecido simplesmente como protão - liga-se a um dos pares de eletrões, formando uma molécula denominada ião hidrónio.
"A questão era: será possível adicionar mais um protão ao ião hidrónio para preencher a parte em falta? Uma configuração deste tipo, em condições normais, é energeticamente muito desfavorável, mas os nossos cálculos mostram que há dois fatores que podem torná-la possível", afirma Xiao Dong, físico da Universidade de Nankai.
"Primeiro, uma pressão muito elevada força a matéria a reduzir o seu volume, e partilhar com um ião de hidrogénio (protão) um par de eletrões de oxigénio anteriormente não utilizado é uma forma elegante de o conseguir: é como uma ligação covalente com hidrogénio, exceto que ambos os eletrões do par provêm do oxigénio. Segundo, são necessários muitos protões disponíveis, o que implica um ambiente ácido, porque é isso que os ácidos fazem - cedem protões."
Os investigadores realizaram modelação computacional e, em condições semelhantes às que se pensa existirem no interior de Urano e Neptuno, foi isto que ocorreu. A temperaturas de cerca de 3.000 graus Celsius e a pressões de 1,5 milhões de atmosferas, os protões ligaram-se ao hidrónio para formar H₄O₂ - aquodiium.
Naturalmente, continua a tratar-se de uma hipótese teórica. Serão necessárias observações mais detalhadas dos dois planetas mais exteriores para investigar melhor esta possibilidade; ainda assim, os resultados oferecem uma nova perspetiva para compreender as estranhas esferas azuis que são Urano e Neptuno.
As implicações também abrangem a química em geral, representando, como escrevem os investigadores, "um importante acréscimo às teorias físicas e químicas tradicionais, como o modelo de repulsão dos pares de eletrões da camada de valência, a transferência de protões e a teoria ácido-base".
A investigação foi publicada na Physical Review C.
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