Астрофизические наблюдения показали, что нептуноподобные богатые водой экзопланеты распространены в нашей галактике. Эти "водные миры" покрыты толстым слоем воды глубиной от сотен до тысяч миль над скалистой мантией, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Proceedings of the National Academy of Sciences.
В то время как богатые водой экзопланеты распространены, их состав очень отличается от Земли, поэтому существует много неизвестных с точки зрения структуры, состава и геохимических циклов этих планет.
Стремясь узнать больше об этих планетах, международная группа исследователей во главе с Университетом штата Аризона провела одно из первых исследований в области минералогии для экзопланет с высоким содержанием воды.
«Изучение химических реакций и процессов является важным шагом на пути к пониманию этих распространенных типов планет», - сказал соавтор Дэн Шим из Школы исследования Земли и космоса Университета штата Аризона.
Общая научная гипотеза состоит в том, что вода и скала образуют отдельные слои в недрах водных миров. Поскольку вода легче, под слоем воды на богатых водой планетах должен быть каменистый слой. Однако экстремальное давление и температура на границе между водой и каменистыми слоями могут в корне изменить поведение этих материалов.
Чтобы смоделировать это высокое давление и температуру в лаборатории, ведущий автор и ученый Кэрол Ниср провела эксперименты в лаборатории Шима по Земле и планетарным материалам в Университете штата Аризона, используя высокое давление ячейки с алмазными наковальнями.
Для своего эксперимента команда погрузила диоксид кремния в воду, сжала образец между алмазами до очень высокого давления, а затем нагрела образец лазерными лучами до температуры, превышающей несколько тысяч градусов по Фаренгейту.
Команда также провела лазерный нагрев в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. Для контроля реакции между кремнеземом и водой были проведены рентгеновские измерения, когда лазер нагревал образец при высоких давлениях.
Они обнаружили неожиданно новую твердую фазу с кремнием, водородом и кислородом вместе.
«Первоначально считалось, что слои воды и горных пород на богатых водой планетах хорошо разделены, - сказала Ниср. - Но мы обнаружили в наших экспериментах ранее неизвестную реакцию между водой и кремнеземом и стабильность твердой фазы на промежуточном этапе. Различие между водой и камнем оказалось на удивление «размытым» при высоком давлении и высокой температуре».
Исследователи надеются, что эти результаты расширят наши знания о структуре и составе богатых водой планет и их геохимических циклах.
«Наше исследование имеет важные последствия и ставит новые
вопросы по химическому составу и структуре внутреннего устройства
богатых водой экзопланет, - сказала Ниср. - Геохимический цикл
богатых водой планет может сильно отличаться от цикла на
каменистых планетах, таких как Земля».
[Фото: eurekalert.org]
