Pergunte a Ethan: De onde vem a água líquida nos planetas congelados?

A alta refletividade da superfície da lua de gelo de Saturno, Encélado , indica a presença de um grande número de gelo em constante renovação, o que não é observado em nenhuma outra lua no sistema solar

O sistema solar nunca deixa de nos surpreender, e talvez uma das maiores surpresas tenha sido o fato de a Terra não ser o único mundo em cuja superfície há água líquida. Sim, é claro, às vezes um pouco de água aparece em Marte, mas mundos como a lua de Júpiter Europa, a lua de Saturno Encélado e Plutão distante possuem enormes oceanos subterrâneos, e em alguns desses mundos há ainda mais água do que na Terra. No entanto, ao contrário da Terra ou mesmo de Marte, esses mundos estão tão distantes do Sol e é tão frio lá que mesmo as temperaturas mais altas da superfície não atingem o ponto de derretimento do gelo. Então, como a água líquida é armazenada neles? É exatamente isso que nosso leitor deseja saber:

Eu li sobre a lua de Saturno Encélado e que os cientistas acreditam que oceanos de água líquida existem sob ela sob sua crosta de gelo. No entanto, também li que a temperatura máxima da superfície é de -90 ° C. Como a lua pode ter água líquida? A temperaturas e pressões tão baixas, o Enceladus deve ter apenas água e gelo e vapor, mas não água.

Vamos começar com o comportamento da água em nossa Terra.


Água em três estados: líquido, sólido (gelo) e gasoso (vapor de água invisível no ar). As nuvens são uma coleção de gotículas de água condensadas pelo vapor saturado no ar.

Na Terra, a água pode existir em três estados: sólido, líquido e gasoso, dependendo da temperatura. Abaixo de 0 ° C, a água congela e se transforma em gelo; acima deste ponto e abaixo de 100 ° C de água líquida; acima de 100 ° C, a água existe na forma de vapor gasoso. É assim que somos ensinados na escola e, na maioria das vezes, isso é verdade. Mas existem algumas condições sob as quais a água pode começar a se comportar de maneira muito diferente. Por exemplo, se você mora em uma altitude elevada, por exemplo, em Bogotá (Colômbia), Quito (Equador), El Alto (Bolívia) - e mais de um milhão de pessoas vivem em cada uma dessas cidades -, sua água ferve a uma temperatura muito mais baixa .


Diagrama de fases da água, indicando vários tipos de gelo, estados líquido e gasoso e as condições sob as quais eles ocorrem. Observe que abaixo de -22 ° C a água líquida não pode existir a qualquer pressão

Isso ocorre porque a pressão afeta o ponto de ebulição e o ponto de congelamento. Nas profundezas do espaço, a água líquida não pode existir sem uma atmosfera; pode existir nas fases sólida ou gasosa. Mas na Terra, sob pressão reduzida, a água ferve a uma temperatura reduzida e, se for aplicada uma pressão suficientemente alta, o gelo derrete e se torna líquido. O último fato costuma surpreender as pessoas, até você pedir que elas se lembrem dos patins. Sem patins de gelo, é muito escorregadio e é difícil para você controlar seus movimentos ou obter atrito; seus sapatos deslizam sobre a superfície congelada do gelo. Mas com os patins, toda a pressão do seu peso está concentrada na lâmina, o que aumenta a pressão no gelo e derrete temporariamente.


Patinadores deixam marcas no gelo, porque seus patins, deslizando sobre a superfície, exercem pressão suficiente para transformar gelo em água

Vale a pena considerar mais um fato: o ponto de congelamento da água varia dependendo do que é dissolvido nela. Se você colocar vodka no congelador, sabe que uma mistura de água e 40% de álcool não congela à temperatura de congelamento da água, ela precisa de uma temperatura muito mais baixa. Nosso oceano com sal dissolvido nele também tem um ponto de congelamento mais baixo em comparação à água pura: cerca de -2 ° C com cerca de 4% de salinidade. Portanto, você pode abaixar a temperatura abaixo do congelamento da água e permanecer com água líquida - dependendo do que mais houver nela. Esta é uma das características mais surpreendentes de Marte, onde a água líquida pura não deveria existir.


Fluxos de água em encostas como estas - na encosta sul da cratera no fundo do Canyon Melass - crescem primeiro gradualmente e depois desaparecem, preenchendo o pó da paisagem marciana. Sabe-se que eles são o resultado de correntes de água salgada líquida.

Nas pressões e temperaturas existentes na superfície de Marte, não deve haver água líquida fisicamente. Mas, devido ao alto teor de sal em alguns tipos de solo marciano, a água, condensada na superfície, pode existir na fase líquida. Os fluxos de água nas encostas das paredes das crateras foram a primeira evidência direta da presença de água líquida fora da Terra.

Mas se você olhar ainda mais para o sistema solar, olhe para mundos como a Europa, Encélado ou Plutão - lá não encontraremos água na superfície.


A Europa, uma das maiores luas do sistema solar, orbita em torno de Júpiter. Sob sua superfície de gelo congelado, há um oceano líquido aquecido pelas forças das marés de Júpiter

Um exame atento desses mundos revela apenas gelo. Sim, este é o gelo da água, o que nos dá esperança, mas as temperaturas nesses mundos, localizadas várias vezes mais longe do que a Terra do Sol, não apenas nunca se aproximam do indicador de 0 ° C - necessário para o aparecimento de água líquida na superfície da Terra - mas eles nunca chegam nem perto da temperatura que permitiria a existência de água líquida a qualquer pressão. E, no entanto, se nesses mundos nos aprofundarmos sob a superfície do gelo, chegaremos mais perto, porque sob todo esse gelo há uma pressão enorme.


Plutão e Caronte na cor editada; As imagens foram obtidas da câmera da estação interplanetária New Horizons . A superfície congelada de Plutão não é tudo; em grandes profundidades, possui um oceano subterrâneo de água líquida.

É necessária uma atmosfera com 100 km de espessura para criar a pressão atmosférica que sentimos ao nível do mar - no entanto, para dobrar essa pressão, você precisa apenas de 10 metros de água. Em outro mundo, o gelo pode facilmente atingir milhares de metros de espessura e criar uma pressão tremenda que nos aproxima da fase líquida da água. Mas mesmo se houver sais no gelo, a água líquida ainda não aparecerá sem outro fator adicional: uma fonte de calor. Felizmente, cada um desses mundos tem uma fonte de calor: um planeta companheiro nas proximidades.


"Planície do Sputnik" em Plutão. As características geológicas identificadas pela estação New Horizons indicam a presença de um oceano subterrâneo sob a vasta e profunda crosta de gelo na superfície de Plutão, que se estende por todo o planeta anão.

A Europa tem Júpiter, Encélado tem Saturno. Plutão tem a lua Caronte. Toda essa trindade, combinando uma grande massa e uma localização relativamente próxima, tem um efeito de maré muito sério nesses mundos. E essas forças não apenas levam a pequenas deformações das camadas externas - elas se esticam, comprimem e dividem o interior desses mundos, por causa do qual se aquecem. Se considerarmos a quantidade de calor das marés e adicionarmos a pressão exercida pelo gelo e pelo sal existente sob as camadas externas de gelo, podemos obter o desejado: um oceano líquido sob a superfície do gelo.


As forças das marés agindo na lua de Saturno Encélado são suficientes para quebrar a crosta de gelo e aquecer o interior, o que faz o oceano subterrâneo lançar água no espaço a centenas de quilômetros de altura

A Europa mostra enormes rachaduras na superfície, evidência daqueles momentos em que o gelo quebrou ali e a água apareceu na superfície. O oceano subterrâneo de Encélado é o mais espetacular, a água líquida entra em erupção e sobe para o espaço centenas de quilômetros acima da superfície. Essas colunas de água de Encélado são tão fortes que são responsáveis ​​pela formação de um dos anéis de Saturno - o anel E. Finalmente, sob a superfície congelada de Plutão, que pode ter sido uma das surpresas mais inesperadas, existe um oceano líquido de água. E se houver água, calor e compostos químicos dissolvidos, é bem possível - embora até agora apenas hipoteticamente - que sob a superfície desses mundos se possa encontrar algo mais interessante que a água pura.


Ilustração do interior da lua de Saturno Encélado, que mostra o oceano líquido global da água, localizado entre o núcleo rochoso e a crosta de gelo. A espessura das camadas não está em escala.

Poderia haver vida em um mundo onde a luz do sol nunca alcança um oceano líquido que pode servir de lar para esta vida? É possível, e essa hipótese poderia ser potencialmente testada primeiro no Enceladus. A presença de gêiseres permite que a luz do sol catalise algumas das moléculas bioquímicas que podem dar vida à vida antes que caiam novamente na superfície gelada da lua. Por um tempo suficientemente longo, o gelo pode acumular-se acima deles, de modo que a pressão derreta o gelo - e esse processo, em princípio, pode criar um ciclo de longo prazo da aparência da vida neste mundo. E, para descobrir, não precisamos cavar esse mundo ou mergulhar uma sonda em uma profundidade profunda - só precisamos enviar uma nave espacial além de um dos gêiseres de Encélado e colher uma amostra dele. A vida fora da Terra pode ser tão facilmente acessível a nós dentro do sistema solar? Talvez, se tivermos sorte, algum dia descobriremos isso.

Ethan Siegel - astrofísico, popularizador da ciência, autor de Starts With A Bang! Ele escreveu os livros "Beyond the Galaxy" [ Beyond The Galaxy ] e "Tracknology: the science of Star Trek" [ Treknology ].

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