Астрономія
Хімія
Астрономія
Хімія

Дослідники змоделювали надра суперземель

Вчені перевірили у лабораторних умовах, як поводиться метасилікат магнію (MgSiO₃) під дією високого тиску і температури. Це дозволило змодулювати густину мантій екзопланет, що відносяться до класу суперземель, а також процеси у їхніх надрах. Відповідна стаття доступна у журналі Nature Communications.

SciTechDaily

SciTechDaily

З чого можуть складатися внутрішні шари суперземель?

Суперземлі — це клас кам’янистих екзопланет, маса яких перевищує масу Землі, але є меншою, ніж маса газових гігантів. Мантія екзопланети, ймовірно, складається з силікатів магнію та заліза, враховуючи поширеність цих елементів. Їхні співвідношення мають утворювати мінерал бриджманіт, або метасилікат магнію (MgSiO₃). Саме тому вважається, що ця сполука має бути присутня у мантіях кам’янистих планет. Нижня мантія Землі складається в основному з бриджманіта, тут він перебуває під тиском до 136 гігапаскалів. Щоб розплавити мінерал під тиском більше 60 гігапаскалів, необхідні екстремальні температури. Але тиск у мантії суперземель, маса яких у десять разів та більше перевищує масу нашої планети, може перевищувати 1400 гігапаскалів. Перевірити поведінку матеріалу за таких умов можна за допомогою стиснення.

Яке дослідження провели вчені?

Для того, щоб виміряти густину твердого MgSiO₃ під дією тиску, вищого за 245 гігапаскалів, а також виявити його плавлення при набагато вищому тиску, вчені синтезували великий зразок полікристалічного бриджманіту. Для цього вони провели експерименти на імпульсивному енергоблоці Z (Z Pulsed Power Facility).

Ілюстрація процесу. Yingwei Fei, Randy Montoya / Sandia National Laboratories

Ілюстрація процесу. Yingwei Fei, Randy Montoya / Sandia National Laboratories

Дослідники виявили, що під тиском, який представлений у надрах суперземель, бриджманіт має дуже високу температуру плавлення, що матиме важливі наслідки для внутрішньої динаміки цих планет. Їхня мантія буде більш в’язкою, а розплавлене ядро застигатиме повільніше. Таким чином, теплова конвекція у надрах таких планет менш вірогідна, що впливатиме на геодинамо — механізм, який генерує магнітне поле. Масивні кам’янисті планети можуть створювати динамо на ранніх етапах свого життя, коли ядро остигає швидко, а потім, коли цей процес сповільнюється, протягом мільярдів років динамо буде відсутнім. Коли внутрішнє ядро кристалізується, геодинамо може бути відновлене шляхом руху легших елементів.