Дослідники проаналізували, як масова частка ядра екзопланети впливає на товщину, склад та мінералогію її кори. Виявилося, що існування тонкої кори, здатної підтримувати воду на поверхні тривалий час, можливе, коли маса ядра складає 0,32 маси усієї планети, або більше. Препринт статті доступний на сайті arXiv.org.
Chris Smith / NASA’s Goddard Space Flight Center
Від чого залежить маса ядра планети?
Меркурій, Земля та Марс містять різну кількість заліза у мантіях, і чим віддаленішою від Сонця є планета, тим більша ця кількість. Така різниця утворилася в результаті різних відносних пропорцій заліза, що потрапило до ядра планет під час ранньої диференціації, тобто утворення їхніх внутрішніх шарів. А ця пропорція визначається окислювальними умовами: більш окислений матеріал веде до вищого вмісту заліза у мантії, і тим менше заліза потрапляє у ядро. Таким чином, максимальна масова частка залізного ядра для планет земної групи може складати 0,34. Це значення зменшується на більшій відстані від Сонця, що відображає більший внесок окислених компонентів. Отже, мантії планет стають дедалі багатішими залізом із наближенням до снігової лінії.
Яке дослідження провели астрономи?
Дослідники вирішили перевірити, як формування ядра впливає на товщину та хімічний склад кори планети. Для цього вони змоделювали магматичні породи планет, їхнє плавлення та утворення кори при масових частках ядра у діапазоні від 0,34 до 0,16. Це дозволило проаналізувати розподіл заліза між ядром і мантією.
Про що вони дізналися?
Моделювання показує, що утримання води на поверхні планети протягом геологічних часових масштабів пов’язане із вмістом заліза в силікатній мантії планети, на що впливає відстань між зіркою і планетою та утворення її ядра. Масова частка ядра контролює товщину кори кам’янистої планети. На поверхні тих планет, що мають меншу масову частку ядра (меншу за 0,24 від усієї маси), вулканізм буде поширенішим, що призведе до відносно товстої кори. Така кора здатна стабілізувати леткі речовини, отже, матиме більший потенціал для їхнього переносу глибоко в мантію і видалення воду на своїй поверхні. Також товста кора є більш плавучою, і її літосферним плитам буде важче рухатися. Однак за умови, що масова частка кори становить 0,32 маси і вище, кора планети буде тонкою та не зможе транспортувати у надра воду і леткі речовини, тож вода лишатиметься на її поверхні тривалий час. Таким чином, масова частка ядра є ще одним чинником, який визначає придатність планети для життя.
Досліджувані сценарії: різна масова частка ядра і її вплив на вміст заліза у мантії та товщину кори. Brendan Dyck et al.