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# Física # Astrofísica terrestre e planetária

A Água Oculta Dentro das Nossas Origens Cósmicas

Descobrindo o papel dos planetesimais e da água na história do Sistema Solar.

Teng Ee Yap, Konstantin Batygin, François L. H. Tissot

― 7 min ler


Segredos dos Antigos Segredos dos Antigos Corpos D'água Solar. o suprimento de água do nosso Sistema Descubra como os planetesimais moldaram
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O começo do Sistema Solar era um lugar bem bagunçado, cheio de poeira, rochas e gelo. No centro desse processo estavam os pequenos corpos chamados Planetesimais. Esses objetos, formados por aglomerados de poeira e gelo, tiveram um papel crucial na criação de planetas e outros corpos celestes. Vamos dar uma olhada mais de perto nessas criações fascinantes e o que elas podem nos contar sobre a história do nosso Sistema Solar.

O que são Planetesimais?

Planetesimais são pequenos objetos sólidos que surgiram do disco protoplanetário do Sistema Solar. Eles variam em tamanho, mas geralmente têm alguns quilômetros de diâmetro. Imagine um jogo cósmico de bolinhas de gude onde poeira e gelo se juntam para formar algo muito maior. Acredita-se que esses planetesimais sejam os blocos de construção dos planetas, incluindo a nossa Terra.

O papel da Água nos planetesimais

A água, que é essencial para a vida, também teve um papel importante na formação desses primeiros corpos. A compreensão dos planetesimais evoluiu para sugerir que muitos deles continham água líquida, principalmente em seus estágios iniciais. Essa nova ideia nos convida a repensar como vemos a formação dos planetas.

A dicotomia seca e molhada

Tradicionalmente, os cientistas classificavam os planetesimais em dois grupos: não-Carbonáceos (secos) e carbonáceos (úmidos). Os corpos não-carbonáceos eram considerados como tendo se formado na parte interna do Sistema Solar, longe da água. Em contraste, acreditava-se que os corpos carbonáceos eram mais abundantes em água e tinham se formado mais longe. No entanto, novas descobertas desafiam essa visão, sugerindo que até alguns dos chamados "planetesimais secos" continham uma quantidade surpreendente de água líquida.

A evidência de água líquida

A evidência de água líquida em planetesimais não-carbonáceos vem do estudo de meteoritos, que são fragmentos remanescentes desses corpos antigos. Alguns meteoritos de ferro mostram sinais de que se formaram em condições que teriam permitido a presença de água líquida. Essa descoberta não só adiciona complexidade à nossa compreensão da formação de planetesimais, mas também levanta questões sobre a água que temos na Terra.

A formação dos planetesimais

Os planetesimais se formaram através do colapso gravitacional de nuvens de poeira no disco protoplanetário. Imagine uma bola de neve descendo uma ladeira, coletando mais neve pelo caminho. À medida que esses pequenos corpos coletavam material, eles começaram a crescer.

A importância da turbulência

À medida que os planetesimais cresciam, as condições no disco protoplanetário desempenharam um papel crítico em sua formação. Um dos fatores significativos foi a turbulência no disco, que é como os ventos que podem agitar uma tempestade de areia. Os movimentos turbulentos no disco causaram velocidades variáveis nas partículas, levando a colisões e ao eventual crescimento dos planetesimais.

O tamanho importa

O tamanho das pedrinhas que formaram os planetesimais foi essencial para seu crescimento. Pedras menores, frequentemente com apenas alguns centímetros de tamanho, eram mais eficazes em se grudar e formar corpos maiores. Assim como tentar construir uma torre com blocos maiores, peças menores são mais fáceis de gerenciar ao se construir algo novo.

Como esses corpos evoluíram?

A evolução dos planetesimais foi influenciada tanto pelo seu tamanho quanto pelas condições no disco protoplanetário. Com o tempo, à medida que acumulavam mais material, podiam se diferenciar em camadas, com materiais mais densos afundando para o centro e materiais mais leves formando uma crosta. Essa estrutura em camadas é um pouco semelhante a como o núcleo e o manto da Terra se formaram.

O modelo do disco turbulento

Os cientistas desenvolveram modelos para entender como a turbulência no disco protoplanetário impactou a formação de planetesimais. Esses modelos ajudam a ilustrar maneiras pelas quais o crescimento dos planetesimais poderia ocorrer sob diferentes condições. Entender a turbulência é crucial, pois pode ajudar ou dificultar o processo de crescimento, assim como o vento pode ajudar ou atrapalhar uma pipa no céu.

O debate carbonáceo vs. não-carbonáceo

A classificação dos corpos como carbonáceos ou não-carbonáceos é significativa porque indica o tipo de material que cada corpo contém. Os corpos carbonáceos geralmente têm uma maior abundância de compostos voláteis, enquanto os corpos não-carbonáceos são considerados como não tendo esses materiais. No entanto, evidências emergentes sugerem que essa distinção pode não ser tão clara como se pensava.

O papel do gelo e sua sublimação

O gelo desempenha um papel essencial na dinâmica da formação de planetesimais. Quando esses corpos se formaram além da "linha do gelo" no Sistema Solar, tinham acesso a uma abundância de gelo que mais tarde se tornaria água líquida. À medida que os planetesimais se moviam mais perto do Sol, esse gelo poderia sublima, ou se transformar em vapor, alterando suas estruturas internas.

Modelos de planetesimais

Para entender melhor as condições que permitiram a formação de água nos planetesimais, os cientistas usam modelos que simulam várias condições. Uma abordagem envolve considerar os efeitos do calor gerado pelo decaimento radioativo nos planetesimais, o que poderia levar à fusão de qualquer gelo presente. Ao criar esses modelos, os cientistas podem analisar quais condições favoreceriam a presença de água líquida.

As principais descobertas

A pesquisa indica que determinados planetesimais não-carbonáceos podem ter contido água líquida. Essa descoberta implica que as condições de formação desses primeiros corpos foram mais variadas do que se pensava originalmente. Em um ambiente "rico em água", talvez precisemos repensar a história do nosso Sistema Solar.

Implicações para a formação planetária

O novo entendimento de que planetesimais contêm água ilumina como os planetas do nosso Sistema Solar se formaram. Isso sugere que os processos de acreção que levaram a planetas rochosos como a Terra poderiam ter ocorrido em um ambiente mais úmido do que se pensava. As implicações para entender a composição e a história do nosso planeta são profundas.

Ligando planetesimais a corpos maiores

A relação entre planetesimais e corpos planetários maiores é crucial para entender a evolução do Sistema Solar ao longo do tempo. À medida que os planetesimais cresciam e se fundiam, formavam proto-planetas maiores, que eventualmente levariam aos planetas que conhecemos hoje.

O mistério do suprimento de água da Terra

Uma das maiores questões na ciência planetária é sobre a água da Terra. Como nosso planeta adquiriu a água que agora encontramos em oceanos, rios e lagos? A evidência que sugere que alguns planetesimais primitivos eram "úmidos" poderia fornecer insights importantes.

A linha do tempo da acreção

A linha do tempo de como os planetesimais se formaram e evoluíram não é simples. É um processo que se desenrolou ao longo de milhões de anos. Entender essa linha do tempo é essencial para montar como nosso Sistema Solar chegou ao estado atual.

A importância da pesquisa contínua

À medida que os cientistas continuam a estudar planetesimais e sua formação, novas técnicas e tecnologias vão esclarecer questões que ainda permanecem sem resposta. A pesquisa contínua nessa área é crucial para aprofundar nosso conhecimento sobre as origens do nosso Sistema Solar e os processos que o moldaram.

Conclusão

Os planetesimais são os remanescentes antigos da história do nosso Sistema Solar. Entendê-los nos ajuda a apreciar não apenas como a Terra e outros planetas se formaram, mas também o papel que a água desempenhou nesse processo. À medida que desvendamos os mistérios desses pequenos corpos celestes, nos aproximamos de entender os fundamentos da vida na Terra. Então, da próxima vez que você tomar um gole de água, lembre-se de que pode ter uma história que remonta aos caóticos primeiros dias do Sistema Solar. E aí, não faz você se sentir um pouco mais conectado ao universo?

Fonte original

Título: Early Solar System Turbulence Constrained by High Oxidation States of the Oldest Non-Carbonaceous Planetesimals

Resumo: Early Solar System (SS) planetesimals constitute the parent bodies of most meteorites investigated today. Nucleosynthetic isotope anomalies of bulk meteorites have revealed a dichotomy between non-carbonaceous (NC) and carbonaceous (CC) groups. Planetesimals sampling NC and CC isotopic signatures are conventionally thought to originate from the "dry" inner disk, and volatile-rich outer disk, respectively, with their segregation enforced by a pressure bump close to the water-ice sublimation line, possibly tied to Jupiter's formation. This framework is challenged by emerging evidence that the oldest NC planetesimals (i.e., the iron meteorites parent bodies; IMPBs) were characterized by far higher oxidation states than previously imagined, suggesting abundant ($\gtrsim$ few wt.%) liquid water in their interiors prior to core differentiation. In this paper, we employ a model for a degassing icy planetesimal (heated by $^{26}$Al decay) to map the conditions for liquid water production therein. Our work culminates in threshold characteristic sizes for pebbles composing the said planetesimal, under which water-ice melting occurs. Adopting a model for a disk evolving under both turbulence and magnetohydrodynamic disk winds, and assuming pebble growth is fragmentation-limited, we self-consistently translate the threshold pebble size to lower limits on early SS turbulence. We find that if NC IMPBs were "wet," their constituent pebbles must have been smaller than a few centimeters, corresponding to typical values of the Shakura-Sunyaev $\alpha_{\nu}$ turbulence parameter in excess of $10^{-3}$. These findings argue against a quiescent SS disk (for

Autores: Teng Ee Yap, Konstantin Batygin, François L. H. Tissot

Última atualização: 2024-12-10 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2412.07211

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.07211

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

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