Dziļi svešu pasauļu sirdī kristāli veidojas spiedienā, kas ir līdz 40 miljoniem reižu intensīvāks nekā atmosfēras spiediens uz Zemes, un pat 10 reizes intensīvāks nekā spiediens mūsu planētas kodolā. Izpratne par viņiem varētu palīdzēt meklēt dzīvību citur mūsu galaktikā.
Šobrīd zinātnieki gandrīz neko nezina par šiem noslēpumainajiem kristāliem. Viņi nezina, kā un kad veidojas, kā izskatās vai kā uzvedas. Bet atbildēm uz šiem jautājumiem var būt milzīga ietekme uz šo pasauļu virsmām - neatkarīgi no tā, vai tās ir pārklātas vai nu plūstošā magmā, vai ledus, vai arī tās tiek bombardētas ar to saimnieku zvaigžņu starojumu. Savukārt atbilde varētu ietekmēt iespēju, ka šīm planētām ir dzīvība.
Šo eksoplanetu interjeri mums ir noslēpumaini, jo mūsu Saules sistēmā planētas mēdz būt vai nu mazas un akmeņainas, piemēram, Zeme un Marss, vai arī lielas un gāzveida, piemēram, Saturns un Jupiters. Bet pēdējos gados astronomi ir atklājuši, ka tā sauktās "superzemes" - milzu akmeņainas planētas - un "mini-Neptunes" - mazākas gāzes planētas, nekā pastāv mūsu Saules sistēmā - ir biežāk sastopamas pārējā mūsu galaktikā.
Tā kā šīs planētas var redzēt tikai kā vājus mirgojumus gaismā, kas nāk no viņu vies zvaigznēm, daudz kas par tām paliek noslēpumains. Vai tie ir superdense vai superwide? Kādas ir to virsmas? Vai viņiem ir magnētiskie lauki? Izrādās, ka atbildes uz šiem jautājumiem ir ļoti atkarīgas no tā, kā uzvedas ieži un dzelzs, kas atrodas to ultrapresurizētajos kodolos.
Pašreizējās zinātnes robežas
Pašlaik mūsu izpratne par eksoplanētām galvenokārt balstās uz zināšanu palielināšanu vai samazināšanu, ko mēs zinām par mūsu pašu Saules sistēmas planētām, sacīja Kanāda Toronto Universitātes planētu zinātniece Diāna Valensija, kura uzaicināja marta sanāksmē ASV Fizikālā biedrība (APS) minerālfizikiem, lai izpētītu šos eksotiskos eksoplanetes materiālus.
Problēma ar palielināšanas pieeju ir tāda, ka jūs nevarat īsti saprast, kā dzelzs izturēsies desmit reizes vairāk nekā Zemes kodols spiediens, tikai reizinot, viņa sacīja. Pie šī milzīgā spiediena ķīmisko vielu īpašības principiāli mainās.
"Šajā gadījumā mēs gaidām, ka superzemēs atrodami kristāli, kas neeksistē ne uz Zemes, ne arī jebkur citur dabā," sacīja Losandželosas Kalifornijas universitātes teorētiskais minerālfiziķis Larss Stiksrude, kurš to ir izdarījis. teorētiskais pamatdarbs, lai aprēķinātu šo ekstrēmo materiālu īpašības. "Tie būtu unikāli atomu izkārtojumi, kas pastāv tikai pie ļoti augsta spiediena."
Šīs atšķirīgās vienošanās notiek, viņš stāstīja Live Science, jo milzīgs spiediens būtiski maina to, kā atomi saista kopā. Uz Zemes virsmas un pat dziļi mūsu planētas iekšienē atomi savienojas, izmantojot tikai elektronus ārējos apvalkos. Bet pie virszemes Zemes spiediena elektroni, kas atrodas tuvāk atomu kodolam, iesaistās un pilnībā maina materiālu formas un īpašības.
Šīs ķīmiskās īpašības varētu ietekmēt veselu planētu izturēšanos. Piemēram, zinātnieki zina, ka virszemes Zemes notver daudz siltuma. Bet viņi nezina, cik daudz - un atbildei uz šo jautājumu ir liela ietekme uz šo planētu vulkāniem un plākšņu tektoniku. Pie Zemes iekšējā spiediena vieglāki elementi tiek sajaukti ar dzelzs serdi, ietekmējot planētas magnētisko lauku - bet tas varētu nenotikt ar lielāku spiedienu. Pat virszemes Zemes fiziskais lielums ir atkarīgs no savienojumu kristāla struktūras to kodolos.
Bet bez šāda veida planētām, lai tuvāk izpētītu mūsu pašu Saules sistēmu, sacīja Valensija, lai atbildētu uz šāda veida jautājumiem, zinātniekiem jāgriežas pie pamata fiziskiem aprēķiniem un eksperimentiem. Bet šie aprēķini bieži vien sniedz atklātas atbildes, sacīja Stikrude. Kas attiecas uz eksperimentiem?
"Šie spiedieni un temperatūras pārsniedz mūsdienu tehnoloģiju un eksperimentu iespējas," viņš teica.
Super-Zemes veidošana uz parastās Zemes
Uz Zemes ekstrēmākie spiediena eksperimenti ietver sīku paraugu sasmalcināšanu starp divu rūpniecisko dimantu asinātiem punktiem.
Bet šiem dimantiem ir tendence saplīst ilgi, pirms tiek sasniegts virszemes spiediens, sacīja Stikrude. Lai izvairītos no dimantu ierobežojumiem, fiziķi pievēršas dinamiskās kompresijas eksperimentiem, kurus veic minerālfiziķis Toms Duffijs un viņa komanda Prinstonas universitātē.
Šie eksperimenti rada vairāk Zemei līdzīgu spiedienu, bet tikai sekundes daļās.
"Ideja ir tāda, ka jūs apstarojat paraugu ar ļoti lielas jaudas lāzeru, un jūs ātri sasildāt šī parauga virsmu un jūs izpūstat plazmu," Liveff pastāstīja Duffy, kurš vadīja APS sesiju, kurā runāja Valensija.
Pēkšņi sakarsēti parauga biti no virsmas izpūstas, izveidojot spiediena vilni, kas pārvietojas pa paraugu.
"Tas tiešām ir kā raķešu kuģa efekts," sacīja Duffy.
Iesaistītie paraugi ir niecīgi - gandrīz plakani un tikai milimetru kvadrātmetru platībā, viņš teica. Un visa šī lieta ilgst nanosekundēs. Kad spiediena vilnis sasniedz parauga aizmuguri, viss satricina. Bet, veicot rūpīgus novērojumus šo īso impulsu laikā, Duffy un viņa kolēģi ir izpētījuši dzelzs un citu molekulu blīvumu un pat ķīmiskās struktūras iepriekš nedzirdētā spiedienā.
Joprojām ir daudz neatbildētu jautājumu, taču zināšanu līmenis šajā jomā strauji mainās, sacīja Valensija. Piemēram, pirmais raksts par superzemju struktūru (kuru Valensija 2007. gada februārī publicēja Astrophysical Journal kā Hārvardas maģistrantūras students) ir novecojis, jo fiziķi ir ieguvuši jaunu informāciju par ķīmiskajām vielām mūsu pašu planētas iekšienē.
Duffy sacīja, ka ir svarīgi atbildēt uz šiem jautājumiem, jo tie var mums pateikt, vai attālām svešzemju pasaulēm ir tādas īpašības kā plātņu tektonika, plūstoša magma un magnētiskie lauki - un tāpēc, vai tās varētu uzturēt dzīvību.
