Роль железа в экзопланетах
Открытие более 4500 внесолнечных планет вызвало потребность в моделировании их внутренней структуры и динамики. Как оказалось, железо играет ключевую роль.
Об этом рассказывают в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), США, передают OstanniPodii.com.
Ученые использовали лазеры в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций (NIF) для экспериментального определения кривой плавления под высоким давлением и структурных свойств чистого железа до 1000 ГПа (почти 10 000 000 атмосфер), что в три раза превышает давление внутреннего ядра Земли и почти в четыре раза больше, чем в любых предварительных экспериментах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.
Команда провела серию экспериментов, имитирующих условия, наблюдаемые для количества спускаемого в центр ядра суперземли железа. Эксперименты были выделены в рамках программы NIF "Наука открытий", которая является открытой и доступной всем исследователям.
«Значительное богатство железа внутри каменистых планет делает необходимым понять свойства и реакции железа при экстремальных условиях глубоко в ядрах более массивных планет, подобных Земле», - сказал Рик Краус, физик LLNL и ведущий автор опубликованной работы. «Кривая плавления железа имеет решающее значение для понимания внутренней структуры, тепловой эволюции, а также потенциала генерируемых динамо магнитосфер».
Считается, что как на Земле, магнитосфера является важным компонентом пригодных для жизни планет земной группы. Магнитодинамо Земли генерируется при конвекции в жидком железном внешнем ядре, окружающем внутреннее ядро из твердого железа, и питается за счет скрытого тепла, выделяемого при твердении железа.
Поскольку железо занимает важное место в составе планет земной группы, для прогнозирования происходящего в их недрах требуются подробные и точные физические свойства при экстремальных давлениях и температурах. Свойством железа первого порядка является температура плавления, которая все еще обсуждается для условий недр Земли. Кривая плавления – это самый большой реологический переход, который может испытать материал, от материала с прочностью к материалу без прочности. Именно здесь твердое тело превращается в жидкость, а температура зависит от давления железа.
В ходе экспериментов команда определила длительность действия динамо при твердении ядра до гексагональной плотно упакованной структуры в экзопланетах-суперземлях.
«Мы обнаружили, что экзопланеты земной группы с массой в четыре-шесть раз больше Земли будут иметь самые длинные динамо, обеспечивающие важную защиту от космического излучения», — отметил Краус.
Краус сказал: «Кроме нашего интереса к пониманию жизнепригодности экзопланет, методика, которую мы разработали для железа, будет применена к более программно релевантным материалам в будущем», включая Программу США по управлению запасами.
Кривая плавления является невероятно чувствительным ограничением для уравнения модели состояния.
Команда также получила доказательства того, что кинетика затвердевания в таких экстремальных условиях является быстрой, и для перехода из жидкости в твердое требуется всего наносекунды, что позволяет команде наблюдать равновесную границу фазы. «Это экспериментальное понимание улучшает наше моделирование зависимости от времени реакции материала для всех материалов», — отметил Краус.
Помимо команды LLNL, вклад в исследование внесли ученые из Университета Иллинойса в Чикаго, Института наук Карнеги, Рочестерского университета, Сандийской национальной лаборатории, Калифорнийского технологического института, Калифорнийского университета Дэвиса и Калифорнийского университета Лос-Анджелеса.
! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.