O gelo deveria ser frio. Essa parece uma das regras mais básicas da física cotidiana, mas ela deixa de fazer sentido quando a água é comprimida milhões de vezes a pressão atmosférica. Nessas condições, o material pode assumir estados completamente diferentes, nos quais partes de sua estrutura se comportam como um sólido enquanto outras se movimentam com muito mais liberdade. Agora, pesquisadores conseguiram observar uma dessas formas em condições extremas.
O gelo que não deveria existir em um laboratório comum
A ideia de encontrar gelo a mais de 2.000 °C parece contraditória porque, nas condições da superfície da Terra, a água já teria virado vapor muito antes de chegar perto dessa temperatura.
O problema é que temperatura e pressão trabalham juntas para determinar o estado da matéria. Quando a pressão aumenta para níveis extremos, as regras que conhecemos no cotidiano deixam de ser suficientes para descrever o comportamento da água.
Foi justamente isso que uma equipe internacional de pesquisadores tentou reproduzir. Em laboratório, pequenas amostras de água foram colocadas entre diamantes e comprimidas até atingir pressões de centenas de gigapascais. Depois, lasers foram usados para aquecer o material enquanto feixes extremamente intensos de raios X permitiam acompanhar a organização dos átomos.
Os pesquisadores chegaram a 2.630 kelvins, equivalentes a aproximadamente 2.357 °C, enquanto a pressão alcançou 229 gigapascais.
O resultado foi uma estrutura particularmente interessante dentro de uma fase conhecida como gelo superiônico.
Nesse estado, o oxigênio continua organizado em uma estrutura cristalina, como acontece em um sólido. Já os núcleos de hidrogênio, ou prótons, conseguem se deslocar através dessa estrutura com muito mais liberdade.
É quase como se o material tivesse uma estrutura sólida por um lado e uma componente fluida por outro. E foi nesse cenário que apareceu a pista mais importante do experimento.
Uma estrutura prevista pela teoria finalmente apareceu
À medida que as condições se tornavam mais extremas, os pesquisadores observaram uma mudança na organização dos átomos de oxigênio.
Surgiu uma configuração conhecida como hexagonal compacta, ou hcp, na qual os átomos assumem uma disposição específica dentro do cristal.
O comportamento ficou especialmente evidente acima de aproximadamente 200 gigapascais e 1.800 kelvins. Nessas condições, a estrutura hcp passou a predominar sobre outra configuração conhecida como cúbica de face centrada, ou fcc.
Em uma das condições mais extremas do estudo, a amostra foi submetida a 219 gigapascais e 2.630 kelvins. A assinatura correspondente ao gelo hcp apareceu de forma clara nos padrões obtidos pela difração de raios X.
Isso é importante porque estruturas semelhantes já haviam sido previstas por modelos e simulações computacionais. O que faltava era observar diretamente esse comportamento em condições físicas comparáveis às esperadas em determinados ambientes planetários.
A experiência, portanto, não representa apenas a criação de uma curiosidade de laboratório. Ela oferece uma maneira de testar modelos sobre como a água pode se comportar quando submetida a pressões que simplesmente não existem na superfície terrestre.
E é justamente aí que a descoberta começa a ficar muito mais interessante.
O lugar onde esse gelo pode estar escondido
As condições reproduzidas no experimento são relevantes porque algo parecido pode acontecer muito mais perto de nós do que parece: no interior de Urano e Netuno.
Os dois gigantes gelados possuem enormes quantidades de água e outros compostos em suas regiões internas. À medida que a profundidade aumenta, pressão e temperatura também sobem, criando ambientes nos quais fases incomuns da matéria podem existir.
O gelo superiônico é particularmente interessante porque a mobilidade dos prótons pode permitir uma elevada condutividade iônica. Isso levanta uma possibilidade importante para compreender uma das características mais estranhas desses planetas: seus campos magnéticos.
Os campos magnéticos de Urano e Netuno são bastante diferentes do campo terrestre. Eles são fortemente inclinados em relação aos respectivos eixos de rotação e também parecem estar deslocados em relação ao centro dos planetas.
A estrutura hcp recém-observada pode ter propriedades mecânicas e elétricas diferentes das outras fases conhecidas do gelo superiônico. Porém, os pesquisadores ainda precisam medir diretamente essas características.
O próximo passo será justamente investigar como essa nova configuração conduz eletricidade e como suas propriedades físicas mudam sob diferentes condições.
Se os resultados ajudarem a explicar a forma como a matéria se comporta nas profundezas de Urano e Netuno, aquela pequena amostra comprimida entre diamantes terá servido como uma espécie de janela para lugares que nenhuma nave conseguiu alcançar.
No fim, o mais surpreendente não é simplesmente existir gelo a mais de 2.000 °C. É descobrir que, sob pressão suficiente, a água pode assumir estruturas tão diferentes que uma pequena experiência na Terra pode revelar pistas sobre o que acontece milhares de quilômetros abaixo das nuvens de outros mundos.
