Железо играет важную роль в защите от космического излучения у Суперземель

377

Открытие более 4500 внесолнечных планет создало потребность в моделировании их внутренней структуры и динамики. Как оказалось, здесь играет ключевую роль.

Ученые и сотрудники Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) использовали лазеры для экспериментального определения кривой плавления при высоком давлении и структурных свойств чистого железа до 1000 ГПа (почти 10 000 000 атмосфер), что в три раза превышает давление внутри ядра Земли и почти в четыре раза больше, чем давление, созданное в любых предыдущих экспериментах.

Команда исследователей провела серию экспериментов, имитирующих условия, наблюдаемые при спуске фрагмента железа к центру ядра абстрактной Суперземли (суперземля — это планета с массой от 1 до 10 масс Земли). Эксперименты были выделены в рамках программы NIF Discovery Science, которая находится в открытом доступе и доступна для всех исследователей.

«Большое количество железа в недрах каменистых планет делает необходимым понимание свойств и реакции железа в экстремальных условиях глубоко в ядрах более массивных земноподобных планет», — сказал Рик Краус, физик LLNL и ведущий автор статьи.

«Кривая плавления железа имеет решающее значение для понимания внутренней структуры, тепловой эволюции, а также потенциала магнитосфер, генерируемых динамо».

Магнитосфера считается важным компонентом пригодных для жизни планет земной группы, как и на Земле. Магнитное динамо Земли генерируется в конвективном внешнем ядре из жидкого железа, окружающем внутреннее ядро ​​из твердого железа, и приводится в действие скрытой теплотой, выделяемой во время затвердевания железа.

Из-за присутствия железа в планетах земной группы требуются точные физические свойства при экстремальном давлении и температуре, чтобы предсказать, что происходит внутри их недр.

Свойством железа первого порядка является температура плавления, которая до сих пор обсуждается в связи с условиями внутри Земли. Кривая плавления — это самый большой реологический переход, который может претерпевать материал, от материала с прочностью к материалу без прочности. Здесь твердое тело превращается в жидкость, а температура зависит от давления.

С помощью экспериментов исследователи определили продолжительность действия динамо во время затвердевания ядра до гексагональной плотноупакованной структуры внутри экзопланет типа суперземель.

Суперземли в зоне обитаемости в сравнении с Землей.
Суперземли в зоне обитаемости в сравнении с Землей. Слева направо: Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-62e, Kepler-62f и Земля (за исключением Земли, это исполнение художников).

«Мы обнаружили, что земного типа, масса которых в четыре-шесть раз превышает массу Земли, будут иметь самые мощные динамо-машины, которые обеспечивают важную защиту от космического излучения», — сказал Рик Краус.

Ученые также получили доказательства того, что кинетика затвердевания в таких экстремальных условиях является быстрой: переход от жидкости к твердому состоянию занимает всего наносекунды, что позволяет наблюдать равновесную фазовую границу.

«Эта экспериментальная улучшает наше моделирование зависимости материала от времени для всех материалов», — сказал Рик Краус.

Исследование было опубликовано в журнале Science.
Смотрите также:
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии