Experimentos de laboratório mostram que “líquidos iônicos” podem se formar através de processos planetários comuns e podem ser capazes de apoiar a vida, mesmo em planetas sem água.
A água é essencial para a vida na Terra. Portanto, o líquido deve ser um requisito para a vida em outros mundos. Durante décadas, a definição de habitabilidade dos cientistas em outros planetas se baseou nessa suposição.
Mas o que torna alguns planetas habitáveis pode ter muito pouco a ver com água. De fato, um tipo totalmente diferente de líquido poderia suportar a vida nos mundos onde a água mal pode existir. Essa é uma possibilidade que os cientistas do MIT levantam em um estudo aparecendo esta semana no Anais da Academia Nacional de Ciências.
A partir de experimentos de laboratório, os pesquisadores descobriram que um tipo de fluido conhecido como líquido iônico pode se formar prontamente a partir de ingredientes químicos que também devem ser encontrados na superfície de alguns planetas e luas rochosos. Líquidos iônicos são sais que existem em forma líquida abaixo de cerca de 100 graus Celsius. Os experimentos da equipe mostraram que uma mistura de ácido sulfúrico e certos compostos orgânicos contendo nitrogênio produziam um líquido. Em planetas rochosos, o ácido sulfúrico pode ser um subproduto da atividade vulcânica, enquanto os compostos contendo nitrogênio foram detectados em vários asteróides e planetas em nosso sistema photo voltaic, sugerindo que os compostos podem estar presentes em outros sistemas planetários.
Líquidos iônicos têm pressão de vapor extremamente baixa e não evaporam; Eles podem formar e persistir em temperaturas mais altas e pressões mais baixas do que o que a água líquida pode tolerar. Os pesquisadores observam que o líquido iônico pode ser um ambiente hospitaleiro para algumas biomoléculas, como certas proteínas que podem permanecer estáveis no fluido.
Os cientistas propõem que, mesmo em planetas muito quentes ou que tenham atmosferas sejam muito baixos para suportar água líquida, ainda possa haver bolsões de líquido iônico. E onde há líquido, pode haver potencial para a vida, embora provavelmente não seja nada que se assemelha aos seres à base de água da Terra.
“Consideramos a água necessária para a vida, porque é isso que é necessário para a vida da Terra. Mas se olharmos para uma definição mais geral, vemos que o que precisamos é de um líquido no qual o metabolismo da vida pode ocorrer”, diz Rachana Agrawal, que liderou o estudo como um pós -doutorado no Departamento de Terra, atmosférica e planetária do MIT. “Agora, se incluirmos líquido iônico como uma possibilidade, isso pode aumentar drasticamente a zona de habitabilidade para todos os mundos rochosos”.
Os co-autores do MIT do estudo são Sara Seagera turma de 1941 Professor de Ciências Planetárias no Departamento da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias e Professor nos Departamentos de Física e de Aeronáutica e Astronáutica, juntamente com Iaroslav Ikubivskyi, Weston Buchanan, Ana Glidden e Jingchengcheng Huang. Os co-autores também incluem Maxwell Seager, do Instituto Politécnico de Worcester, William Bains, da Universidade de Cardiff, e Janusz Petkowski, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Wroclaw, na Polônia.
Um salto líquido
O trabalho da equipe com líquido iônico surgiu de um esforço para procurar sinais de vida em Vênus, onde nuvens de ácido sulfúrico envelope o planeta em uma névoa nociva. Apesar de sua toxicidade, as nuvens de Vênus podem conter sinais de vida – uma noção de que os cientistas planejam testar com as próximas missões para a atmosfera do planeta.
Agrawal e Seager, que lidera as missões da Morning Star a Vênus, estavam investigando maneiras de coletar e evaporar o ácido sulfúrico. Se uma missão coleta amostras das nuvens de Vênus, o ácido sulfúrico teria que ser evaporado para revelar quaisquer compostos orgânicos residuais que poderiam ser analisados quanto a sinais de vida.
Os pesquisadores estavam usando seu sistema personalizado de baixa pressão, projetado para evaporar o excesso de ácido sulfúrico, para testar a evaporação de uma solução do ácido e um composto orgânico, glicina. Eles descobriram que, em todos os casos, enquanto a maior parte do ácido líquido sulfúrico evaporou, uma camada teimosa de líquido sempre permaneceu. Eles emblem perceberam que o ácido sulfúrico estava reagindo quimicamente com a glicina, resultando em uma troca de átomos de hidrogênio do ácido ao composto orgânico. O resultado foi uma mistura fluida de sais, ou íons, conhecida como líquido iônico, que persiste como um líquido em uma ampla gama de temperaturas e pressões.
Essa descoberta acidental iniciou uma idéia: a forma líquida iônica pode ser uma forma líquida em planetas que são muito quentes e hospedeiros muito finos para a água existir?
“A partir daí, demos o salto da imaginação do que isso poderia significar”, diz Agrawal. “O ácido sulfúrico é encontrado na Terra a partir de vulcões, e compostos orgânicos foram encontrados em asteróides e outros corpos planetários. Então, isso nos levou a pensar se os líquidos iônicos poderiam potencialmente se formar e existir naturalmente em exoplanetas”.
Oásis rochosos
Na Terra, líquidos iônicos são sintetizados principalmente para fins industriais. Eles não ocorrem naturalmente, exceto em um caso específico, no qual o líquido é gerado a partir da mistura de venenos produzidos por duas espécies rivais de formigas.
A equipe decidiu investigar em quais condições o líquido iônico poderia ser produzido naturalmente e sobre em que faixa de temperaturas e pressões. No laboratório, eles misturaram ácido sulfúrico com vários compostos orgânicos contendo nitrogênio. Em trabalhos anteriores, a equipe de Seager descobriu que os compostos, alguns dos quais podem ser considerados ingredientes associados à vida, são surpreendentemente estáveis no ácido sulfúrico.
“No ensino médio, você aprende que um ácido quer doar um próton”, diz Seager. “E, curiosamente, sabíamos de nosso trabalho passado com ácido sulfúrico (o principal componente das nuvens de Vênus) e compostos contendo nitrogênio, que um nitrogênio deseja receber um hidrogênio. É como se o lixo de uma pessoa fosse o tesouro de outra pessoa.”
A reação pode produzir um pouco de líquido iônico se o ácido sulfúrico e os orgânicos contendo nitrogênio estivessem em uma proporção individual-uma proporção que não period um foco do trabalho anterior. Para seu novo estudo, Seager e ácido sulfúrico misto com mais de 30 compostos orgânicos contendo nitrogênio, em uma faixa de temperaturas e pressões, observaram se o líquido iônico se formou quando evaporaram o ácido sulfúrico em vários frascos. Eles também misturaram os ingredientes nas rochas de basalto, que são conhecidas por existir na superfície de muitos planetas rochosos.
“Ficamos surpresos com o fato de o líquido iônico se formar sob tantas condições diferentes”, diz Seager. “Se você colocar o ácido sulfúrico e o orgânico em uma rocha, o excesso de ácido sulfúrico se infiltra nos poros da rocha, mas você ainda fica com uma gota de líquido iônico na rocha. Tudo o que tentamos, o líquido iônico ainda se formou.”
A equipe descobriu que as reações produziam líquido iônico a temperaturas de até 180 graus Celsius e a pressões extremamente baixas – muito inferiores às da atmosfera da Terra. Seus resultados sugerem que o líquido iônico poderia se formar naturalmente em outros planetas onde a água líquida não pode existir, nas condições certas.
“Estamos imaginando um planeta mais quente que a Terra, que não tem água e, em algum momento de seu passado ou atualmente, ele deve ter ácido sulfúrico, formado a partir de uma saída vulcânica”, diz Seager. “Esse ácido sulfúrico precisa fluir sobre uma pequena bolsa de orgânicos. E os depósitos orgânicos são extremamente comuns no sistema photo voltaic”.
Então, ela diz, os bolsos resultantes do líquido podem permanecer na superfície do planeta, potencialmente por anos ou milênios, onde eles poderiam teoricamente servir como pequenos oásis para formas simples de vida baseada em líquido iônico. No futuro, a equipe de Seager planeja investigar ainda mais, ver o que biomoléculas e ingredientes para a vida podem sobreviver e prosperar em líquido iônico.
“Acabamos de abrir uma caixa de novas pesquisas de Pandora”, diz Seager. “Tem sido uma jornada actual.”
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela Fundação Sloan e pela Fundação Volkswagen.
