Эксперименты, опубликованные в журнале Science от 23 января, показывают необычные свойства кремнезема — ключевого компонента горных пород — при экстремальных давлениях и температурах, связанных с формированием планет и внутренней эволюцией.Используя лазерное ударное сжатие и сверхбыструю диагностику, физик Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL) Мариус Миллот и его коллеги из Байройтского университета (Германия), LLNL и Калифорнийского университета в Беркли смогли измерить температуру плавления кремнезема при 500 ГПа ( 5 миллионов атмосфер), давление сравнимо с давлением на границе ядра и мантии для планеты супер-Земля (5 масс Земли), Урана и Нептуна. Это также режим гигантских ударов, характеризующий завершающие стадии формирования планеты.
«Глубоко внутри планет экстремальная плотность, давление и температура сильно изменяют свойства составляющих материалов», — сказал Милло. «Сколько тепла могут выдержать твердые тела до того, как они расплавятся под давлением, это ключ к определению внутренней структуры и эволюции планеты, и теперь мы можем измерить это непосредственно в лаборатории».В сочетании с предыдущими измерениями плавления других оксидов и железа новые данные показывают, что силикаты мантии и металлическое ядро имеют сопоставимые температуры плавления выше 300-500 ГПа, предполагая, что на больших скалистых планетах обычно могут быть долгоживущие океаны магмы — расплавленной рок — на глубине.
В этом слое жидкой породы могут образовываться планетные магнитные поля.«Кроме того, наши исследования показывают, что кремний, вероятно, твердый внутри ядер Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера, что устанавливает новые ограничения на будущие улучшенные модели структуры и эволюции этих планет», — сказал Милло.Эти успехи стали возможны благодаря прорыву в технологиях выращивания кристаллов под высоким давлением в Байройтском университете в Германии.
Там Наталье Дубровинской и ее коллегам удалось синтезировать прозрачные поликристаллы миллиметрового размера и монокристаллы стишовита, высокоплотной формы кремнезема (SiO2), обычно обнаруживаемой только в незначительных количествах возле кратеров от удара метеорита.Эти кристаллы позволили Милло и его коллегам провести первое исследование ударного сжатия стишовита с помощью лазерного излучения с использованием сверхбыстрой оптической пирометрии и велосиметрии на лазерной установке Omega в лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера.«Стишовит, будучи намного более плотным, чем кварц или плавленый кварц, остается холоднее при ударном сжатии, и это позволило нам измерить температуру плавления при гораздо более высоком давлении», — сказал Милло. «Динамическое сжатие материалов, имеющих отношение к планетам, сейчас является очень захватывающей областью. Глубоко внутри планет водород — это металлическая жидкость, гелиевые дожди, жидкий кремнезем — это металл, а вода может быть суперионной».
Фактически, недавнее открытие более 1000 экзопланет, вращающихся вокруг других звезд в нашей галактике, показывает широкое разнообразие планетных систем, размеров и свойств планет. Он также устанавливает поиски обитаемых миров, в которых обитает внеземная жизнь, и проливает новый свет на нашу собственную солнечную систему. Используя способность воспроизводить в лаборатории экстремальные условия глубоко внутри планет-гигантов, а также во время формирования планет, Милло и его коллеги планируют изучить экзотическое поведение основных планетных компонентов, используя динамическое сжатие, чтобы способствовать лучшему пониманию формирования планет.
Земля и происхождение жизни.