Pesquisadores traçaram as origens de Mercúrio até raro meteorito

As experiências mostram que o planeta esfriou drasticamente em um período de meio bilhão de anos.

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Imagem tirada pela MESSENGER durante um sobrevoo de Mercúrio em 14 de Janeiro de 2008. Crédito: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington.

Artigo traduzido de MIT. Autor: Jennifer Chu.

Cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, o Universo era um caos de gás e detritos. Pequenas partículas de gás e poeira se aglomeraram em meteoróides massivos maiores, que por sua vez se esmagaram para formar planetas. Os cientistas acreditam que, pouco tempo após a sua formação, estes planetas – e, particularmente, Mercúrio – eram esferas de fogo do material fundido, que arrefeceu ao longo de milhões de anos.

Agora, os geólogos no MIT traçaram parte da história do arrefecimento de Mercúrio e descobriram que entre 4,2 e 3,7 bilhões de anos atrás, logo após a formação do planeta, suas temperaturas interiores despencaram para 240 graus Celsius.

Eles também determinaram, com base nessa taxa de arrefecimento rápido e na composição dos depósitos de lava na superfície de Mercúrio, que o planeta provavelmente tem a composição do condrito enstatita – um tipo de meteorito que é extremamente raro aqui na Terra.

Timothy Grove, professor de geologia do Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences do MIT, diz que novas informações sobre o passado de Mercúrio é de interesse para rastrear a formação inicial da Terra.

“Aqui estamos hoje, com 4,5 bilhões de anos de evolução planetária, e pelo fato da Terra ter um interior tão dinâmico, por causa da água que temos preservado no planeta, [o vulcanismo] simplesmente apaga seu passado”, diz Grove. “Em planetas como Mercúrio, o vulcanismo precoce é muito mais dramático, e [desde que] eles esfriaram não houve processos vulcânicos posteriores para acabar com o início da história. Este é o primeiro lugar onde nós realmente temos uma estimativa de quão rápido o interior se refrigerou durante a parte inicial da história de um planeta.”

Grove e seus colegas, incluindo pesquisadores da Universidade de Hanover, na Alemanha; da Universidade de Liège, na Bélgica; e da Universidade de Bayreuth, na Alemanha, publicaram seus resultados na Earth and Planetary Science Letters.

Composições nas crateras

Para a análise, a equipe utilizou dados recolhidos pela sonda MESSENGER da NASA. A sonda MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging (MESSENGER) orbitou Mercúrio entre 2011 e 2015, e coletou medições da composição química do planeta a cada sobrevoo. Durante sua missão, a MESSENGER produziu imagens que revelavam depósitos de lava com quilômetros de espessura que cobrem toda a superfície do planeta.

Um espectrômetro de raios-X a bordo da sonda mediu a radiação de raios-X a partir da superfície do planeta, produzida por explosões solares no Sol, para determinar a composição química de mais de 5.800 depósitos de lava na superfície de Mercúrio.

Co-autor de Grove, Olivier Namur, da Universidade de Hanover, recalculou as composições de superfície de todos os 5.800 locais, e correlacionou cada composição com o tipo de terreno em que foi encontrado, desde regiões com muitas crateras até aquelas que foram menos impactadas. A densidade das crateras de uma região pode dizer algo sobre a idade dessa região: quanto mais crateras existem, mais velha a superfície é, e vice-versa. Os pesquisadores foram capazes de correlacionar a composição da lava de Mercúrio com a idade e descobriram que os depósitos mais velhos, em torno de 4,2 bilhões de anos, continham elementos que eram muito diferentes dos depósitos mais jovens, que foram estimadas em 3,7 bilhões de anos de idade.

“É verdade para todos os planetas que os diferentes terrenos têm composições químicas diferentes, porque as coisas estão mudando no interior do planeta”, diz Grove. “Por que eles são tão diferentes? Isso é o que estamos tentando descobrir.”

Uma rocha rara, 10 desvios padrão de distância

Para responder a essa pergunta, Grove tentou refazer o caminho de um depósito de lava, desde o momento em que derreteu dentro do planeta até quando entrou em erupção na superfície de Mercúrio.

Para fazer isso, ele começou recriando depósitos de lava de Mercúrio no laboratório. A partir de 5.800 pontos de dados de composição da MESSENGER, Grove selecionou dois extremos: um representando os depósitos de lava antigos e um representando os depósitos mais jovens. Ele e sua equipe converteram proporções de elementos dos depósitos de lava nos blocos de construção químicos que compõem a rocha, em seguida, seguiram esta receita para criar rochas sintéticas que representam cada depósito de lava.

A equipe derreteu as rochas sintéticas em um forno para simular o momento em que os depósitos eram lava e ainda não tinham se solidificado. Em seguida, os pesquisadores mediram a temperatura e a pressão do forno, simulando erupção da lava do fundo do planeta para a superfície, em sentido inverso.

Ao longo destes experimentos, a equipe olhou para pequenos cristais que se formaram em cada amostra derretida, o que representa o ponto em que a amostra passa de lava para rocha. Isto representa a fase em que o núcleo rochoso sólido do planeta começou a derreter, criando um material fundido que espirra ao redor do manto de Mercúrio antes de entrar em erupção na superfície.

A equipe encontrou uma disparidade surpreendente nas duas amostras: a rocha mais antiga derreteu mais profundamente no planeta, a 360 km, e em temperaturas mais altas, de 1.650 graus Celsius, enquanto a rocha mais jovem derreteu em profundidades rasas, a 160 km, e a 1.410 graus Celsius. Os experimentos indicam que o interior do planeta esfriou drasticamente, mais de 240 graus Celsius, entre 4,2 e 3,7 bilhões de anos atrás – geologicamente, é um curto espaço de tempo de 500 milhões de anos.

“Mercúrio teve uma enorme variação de temperatura ao longo de um período relativamente curto de tempo, o que registra um processo de fusão realmente incrível”, diz Grove.

Os pesquisadores determinaram as composições químicas dos pequenos cristais que se formaram em cada amostra, de modo a identificar o material original que pode ter composto o interior de Mercúrio antes de derreter e irromper sobre a superfície. Eles descobriram que a correspondência mais próxima era o condrito enstatita, uma forma extremamente rara de meteorito, apenas cerca de 2% dos meteoritos que caem na Terra são desse tipo.

“Sabemos agora que algo como o condrito enstatita era o material inicial de Mercúrio, o que é surpreendente, porque eles estão cerca de 10 desvios padrão de distância de todos os outros condritos”, diz Grove.

Grove adverte que os resultados do grupo não foram ajustados na pedra e que Mercúrio pode ter sido um acúmulo de outros tipos de materiais. Para descobrir, isso exigiria uma amostra real da superfície do planeta.

“A próxima coisa que realmente irá nos ajudar a avançar nossa compreensão sobre Mercúrio é ter um meteorito de lá para podermos estudar”, diz Grove. “Isso seria ótimo.”

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela NASA.

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