Структура ледяных гигантских планет

Даже при очень высоком давлении, как, например, внутри Нептуна или Урана, существуют стабильные кристаллические структуры углерода (оранжевый) и водорода (серый). Авторы и права: HZDR / J. Vorberger.

Гигантские планеты, такие как Уран и Нептун, могут содержать гораздо меньше свободного водорода, чем предполагалось ранее. Исследователи из центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф (Германия) пропустили ударные волны через два типа пластика для достижения одинаковых температур и давлений, наблюдаемых внутри таких планет, и следили за поведением, используя ультрамощные импульсы рентгеновского лазера.

Неожиданно, одна из этих пластиковых пластин сохранила свою кристаллическую структуру даже при самых экстремальных давлениях. Поскольку внутри ледяные гиганты состоят из тех же компонентов, что и пластик, имеющиеся планетарные модели, возможно, придётся пересмотреть, говорится в журнале Scientific Reports.

Углерод и водород являются одними из самых распространённых элементов во Вселенной и являются основными составляющими ледяных планет-гигантов, таких как Уран и Нептун. Во внешней атмосфере эти атомы находятся в форме газообразного метана, но глубже, внутри, высокое давление может привести к появлению более сложных углеводородных структур. Прогнозирование фаз и структур, которые материал принимает в этих условиях, является одним из главных вопросов исследования планет.

Чтобы лучше понять структуру ледяных гигантов, международная команда, возглавляемая двумя исследователями HZDR, доктором Николасом Хартли (Nicholas Hartley) и доктором Домиником Краусом (Dominik Kraus), исследовала два типа пластика в лабораторном эксперименте: полистирол и полиэтилен. Эти материалы похожи по своему химическому составу на углеводороды внутри планет . В лаборатории SLAC в США учёные поместили образцы в условия, которые, по прогнозам, наблюдаются примерно на глубине 10000 километров от верхнего слоя атмосферы Нептуна и Урана. На этой глубине давление почти такое же высокое, как и в ядре Земли, и в 2 миллиона раз выше атмосферного давления на земной поверхности.

Достижение чрезвычайно высокого давления

При таких высоких давлениях и температурах единственной возможной структурой, которую ожидали увидеть исследователи, был алмаз, либо образцы должны были просто расплавиться. Вместо этого они наблюдали стабильные углеводородные структуры вплоть до самых высоких достигнутых давлений, но только для образцов полиэтилена.

“Мы были очень удивлены этим результатом”, – говорит Хартли. “Мы не ожидали, что начальное состояние будет иметь большое значение в таких экстремальных условиях”.

Поскольку экстремальные условия внутри ледяных гигантов на Земле могут быть достигнуты только на короткое время, исследователям нужны специальные методы измерения. В мире существует всего несколько сверхбыстрых рентгеновских лазерных установок, и время для измерений было сильно ограничено. Краус и Хартли провели в общей сложности три 12-часовых эксперимент, и поэтому им приходилось использовать каждую минуту для проведения максимально количества измерений. Воздействие на образец рентгеновским лазером занимало всего несколько миллиардных долей секунды.

Открытие показывает важность характеристики температуры и давления внутри ледяных гигантов, что в свою очередь приводит к лучшему пониманию структур и физических свойств планет. В будущем исследователи хотят использовать смеси, в том числе? содержащие кислород, для лучшего соответствия химии внутри планет.


Больше информации: https://www.nature.com/

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *