Linha Frost (astrofísica) - Frost line (astrophysics)

Em astronomia ou ciência planetária , a linha de gelo , também conhecida como linha de neve ou linha de gelo , é a distância particular na nebulosa solar da protoestrela central, onde é frio o suficiente para compostos voláteis como água , amônia , metano , dióxido de carbono e monóxido de carbono para condensar em grãos de gelo sólidos.

Cada substância volátil tem sua própria linha de neve (por exemplo, monóxido de carbono, nitrogênio e argônio), portanto, é importante sempre especificar a qual linha de neve do material se refere. Um gás marcador pode ser usado para materiais que são difíceis de detectar; por exemplo, diazenílio para monóxido de carbono.

O termo é emprestado da noção de " linha de geada " na ciência do solo .

Localização

Diferentes compostos voláteis têm diferentes temperaturas de condensação em diferentes pressões parciais (portanto, diferentes densidades) na nebulosa proto-estrela, então suas respectivas linhas de gelo serão diferentes. A temperatura real e a distância para a linha de neve do gelo de água dependem do modelo físico usado para calculá-la e do modelo teórico da nebulosa solar:

  • 170 K em 2,7 AU (Hayashi, 1981)
  • 143 K em 3,2 UA a 150 K em 3 UA (Podolak e Zucker, 2010)
  • 3.1 AU (Martin e Livio, 2012)
  • ≈150 K para grãos de tamanho μm e ≈200 K para corpos de tamanho km (D'Angelo e Podolak, 2015)

Linha de neve atual versus linha de neve de formação

A posição radial da frente de condensação / evaporação varia com o tempo, conforme a nebulosa evolui. Ocasionalmente, o termo linha de neve também é usado para representar a distância atual na qual o gelo de água pode ser estável (mesmo sob luz solar direta). A distância atual da linha de neve é diferente da distância da linha de neve da formação durante a formação do Sistema Solar e é aproximadamente igual a 5 UA. A razão para a diferença é que durante a formação do Sistema Solar, a nebulosa solar era uma nuvem opaca onde as temperaturas eram mais baixas perto do Sol, e o próprio Sol era menos energético. Após a formação, o gelo foi soterrado por poeira em queda e permaneceu estável alguns metros abaixo da superfície. Se gelo dentro de 5 UA é exposto, por exemplo, por uma cratera, então ele sublima em escalas de tempo curtas. No entanto, fora da luz solar direta, o gelo pode permanecer estável na superfície dos asteróides (e da Lua e Mercúrio) se estiver localizado em crateras polares permanentemente sombreadas, onde a temperatura pode permanecer muito baixa durante a idade do Sistema Solar (por exemplo, 30-40 K na Lua).

As observações do cinturão de asteróides , localizado entre Marte e Júpiter, sugerem que a linha de neve da água durante a formação do Sistema Solar estava localizada nesta região. Os asteróides externos são objetos gelados da classe C (por exemplo, Abe et al. 2000; Morbidelli et al. 2000), enquanto o cinturão de asteróides interno é amplamente desprovido de água. Isso implica que, quando a formação planetesimal ocorreu, a linha de neve estava localizada a cerca de 2,7 UA do sol.

Por exemplo, o planeta anão Ceres com semi-eixo maior de 2,77 UA encontra-se quase exatamente na estimativa mais baixa para a linha de neve de água durante a formação do Sistema Solar. Ceres parece ter um manto de gelo e pode até ter um oceano de água abaixo da superfície.

Formação do planeta

A temperatura mais baixa na nebulosa além da linha de geada torna muito mais grãos sólidos disponíveis para acréscimo em planetesimais e, eventualmente, planetas . A linha de gelo, portanto, separa os planetas terrestres dos planetas gigantes do Sistema Solar. No entanto, planetas gigantes foram encontrados dentro da linha de gelo ao redor de várias outras estrelas (os chamados Júpiteres quentes ). Acredita-se que eles tenham se formado fora da linha de geada e, mais tarde, migrado para dentro, para suas posições atuais. A Terra, que fica a menos de um quarto da distância até a linha de geada, mas não é um planeta gigante, tem gravitação adequada para impedir que metano, amônia e vapor d'água escapem dela. Metano e amônia são raros na atmosfera da Terra apenas por causa de sua instabilidade em uma atmosfera rica em oxigênio que resulta de formas de vida (principalmente plantas verdes), cuja bioquímica sugere abundante metano e amônia ao mesmo tempo, mas é claro água líquida e gelo , que são quimicamente estáveis ​​em tal atmosfera, formam grande parte da superfície da Terra.

Os pesquisadores Rebecca Martin e Mario Livio propuseram que cinturões de asteróides podem tender a se formar nas proximidades da linha de gelo, devido a planetas gigantes próximos interrompendo a formação de planetas dentro de sua órbita. Ao analisar a temperatura da poeira quente encontrada em torno de cerca de 90 estrelas, eles concluíram que a poeira (e, portanto, os possíveis cinturões de asteróides) foi normalmente encontrada perto da linha de gelo. O mecanismo subjacente pode ser a instabilidade térmica da linha de neve na escala de tempo de 1.000 a 10.000 anos, resultando na deposição periódica de material de poeira em anéis circunstelares relativamente estreitos.

Veja também

Referências

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