|
Новые секреты внутреннего устройства экзопланет
|
|
|
|
Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и Университета Джона Хопкинса (Johns Hopkins University) раскрыли новые секреты внутреннего устройства экзопланет, обладающих сверхземными свойствами, что потенциально может революционизировать наше понимание этих отдаленных миров. В центре внимания этой работы - оксид магния (MgO), важнейший компонент нижней мантии Земли, который, как полагают, играет аналогичную роль в оболочках массивных скалистых экзопланет. Поведение MgO, известного своей кристаллической структурой простой каменной соли (B1) и геофизическим значением, в экстремальных условиях давно заинтриговало ученых. Считается, что суперземли, планеты с массами и радиусами, большими, чем у Земли, но меньшими, чем у ледяных гигантов, таких как Нептун, по составу похожи на планеты земной группы в нашей Солнечной системе. Учитывая экстремальные давления и температуры внутри их оболочек, ожидается, что MgO изменит свою структуру B1 на структуру хлорида цезия (B2).
|
|
|
Это преобразование значительно изменит свойства MgO, включая резкое снижение вязкости, что может существенно повлиять на внутреннюю динамику планеты. Чтобы точно определить давление, при котором происходит этот переход, команда LLNL и ее сотрудники разработали новую экспериментальную платформу. Эта платформа сочетает в себе лазерное ударное сжатие с одновременными измерениями давления, кристаллической структуры, температуры, микроструктуры и плотности - беспрецедентный подход. Проведя 12 экспериментов на лазерной установке Omega-EP в Лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера, ученые в течение нескольких наносекунд сжимали MgO до сверхвысокого давления - до 634 ГПа (6,34 миллиона атмосфер). Используя наносекундный источник рентгеновского излучения, они исследовали атомную структуру MgO в этих условиях. Результаты были поразительными: фазовый переход от B1 к B2 в MgO происходил в диапазоне давлений 400-430 ГПа при температуре обжига около 9700 К. При давлении выше 470 ГПа наблюдалось сосуществование В2 с жидкостью, а при давлении 634 ГПа наблюдалось полное таяние.
|
|
|
|
"Это исследование предоставляет первые прямые данные на атомном уровне и термодинамические данные о начале фазового превращения B1 в B2 в зависимости от давления и температуры и представляет данные рентгеновской дифракции при самых высоких температурах, которые когда-либо регистрировались", - сказал ученый LLNL Рэй Смит, автор статьи, опубликованной в Science Advances. - Эти данные необходимы для разработки точных моделей внутренних процессов Суперземли". Переход B1–B2 является моделью для других структурных фазовых превращений, привлекая внимание к десятилетиям теоретических исследований, направленных на изучение атомных путей, способствующих этому изменению. Используя передовую модель для моделирования условий дифракции рентгеновских лучей, исследовательская группа смогла прояснить механизм перехода B1–B2 в MgO. "Наши данные рентгеновской дифракции обеспечивают прямые измерения изменений на атомном уровне в MgO при ударном сжатии и первое определение механизма фазового перехода при глубоком давлении в мантии экзопланет, относящихся к суперземлям", - сказал ученый LLNL Саранш Содерлинд.
|
|
|
|
Источник
|
