Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kan superjordens indre dynamik sætte bord på beboelighed?

En illustration, der viser, hvordan en kombination af statiske højtrykssynteseteknikker og dynamiske metoder gjorde det muligt for forskerne at sondere magnesiumsilicat bridgmanit, menes at være dominerende i kapperne på klippeplaneter, under ekstreme forhold, der efterligner det indre af en superjord. Kredit:Yingwei Fei. Sandia Z Machine fotografi af Randy Montoya, Sandia National Laboratories.

Ny forskning ledet af Carnegies Yingwei Fei giver en ramme for at forstå superjordens indre – klippefyldte exoplaneter mellem 1,5 og 2 gange størrelsen af ​​vores hjemmeplanet – hvilket er en forudsætning for at vurdere deres potentiale for beboelighed. Planeter af denne størrelse er blandt de mest udbredte i exoplanetariske systemer. Bladet er udgivet i Naturkommunikation .

"Selvom observationer af en exoplanets atmosfæriske sammensætning vil være den første måde at søge efter signaturer af liv hinsides Jorden, mange aspekter af en planets overfladebeboelighed er påvirket af, hvad der sker under planetens overflade, og det er her, Carnegie-forskerens mangeårige ekspertise i egenskaberne af stenede materialer under ekstreme temperaturer og tryk kommer ind, " forklarede Earth and Planets Laboratory Director Richard Carlson.

På jorden, den indre dynamik og struktur af silikatkappen og metalkernens drivpladetektonik, og generere den geodynamo, der driver vores magnetfelt og beskytter os mod farlige ioniserende partikler og kosmiske stråler. Livet, som vi kender det, ville være umuligt uden denne beskyttelse. Tilsvarende superjordens indre dynamik og struktur vil forme planetens overfladeforhold.

Med spændende opdagelser af en mangfoldighed af stenede exoplaneter i de seneste årtier, er meget mere massive superjorder i stand til at skabe forhold, der er gæstfrie for, at livet kan opstå og trives?

Viden om, hvad der sker under en superjords overflade er afgørende for at afgøre, om en fjern verden er i stand til at være vært for liv. Men de ekstreme forhold i planetariske indre med superjordmasse udfordrer forskernes evne til at undersøge de materielle egenskaber af de mineraler, der sandsynligvis eksisterer der.

Det er her lab-baseret mimik kommer ind.

En illustration af en videnskabsmand, der bruger laboratoriebaserede teknikker til at undersøge de sandsynlige forhold i exoplanets indre. Kredit:Katherine Cain, Carnegie Institution for Science.

I årtier, Carnegie-forskere har været førende i at genskabe betingelserne for planetariske interiører ved at sætte små prøver af materiale under enorme tryk og høje temperaturer. Men nogle gange når selv disse teknikker deres begrænsninger.

"For at bygge modeller, der giver os mulighed for at forstå den indre dynamik og struktur i superjorden, vi skal være i stand til at tage data fra prøver, der tilnærmer de forhold, der ville blive fundet der, som kunne overstige 14 millioner gange atmosfærisk tryk, "Fei forklarede. "Men, vi blev ved med at støde på begrænsninger, når det kom til at skabe disse betingelser i laboratoriet. "

Et gennembrud skete, da holdet – inklusive Carnegies Asmaa Boujibar og Peter Driscoll, sammen med Christopher Seagle, Joshua Townsend, Chad McCoy, Luke Shulenburger, og Michael Furnish fra Sandia National Laboratories – fik adgang til verdens mest magtfulde, magnetisk drevet pulserende kraftmaskine (Sandias Z Pulsed Power Facility) til direkte at chokere en højdensitetsprøve af bridgmanit - et højtryksmagnesiumsilikat, der menes at være fremherskende i klippeplaneternes kapper - for at udsætte det for ekstreme forhold, der er relevante for superjordens indre.

En række chokbølgeeksperimenter med hyperhastighed på repræsentativt superjordisk kappemateriale gav tæthed og smeltetemperaturmålinger, der vil være fundamentale for fortolkning af de observerede masser og radier af superjord.

Forskerne fandt ud af, at under pres, der er repræsentative for superjordiske interiører, bridgmanit har et meget højt smeltepunkt, hvilket ville have vigtige konsekvenser for interiørets dynamik. Under visse termiske evolutionære scenarier, de siger, massive klippeplaneter kan have en termisk drevet geodynamo tidligt i deres udvikling, så mister det i milliarder af år, når afkølingen aftager. En vedvarende geodynamo kunne i sidste ende genstartes ved bevægelse af lettere elementer gennem indre kernekrystallisation.

"Evnen til at foretage disse målinger er afgørende for at udvikle pålidelige modeller af superjordens indre struktur op til otte gange vores planets masse, "Fei tilføjede. "Disse resultater vil have en dyb indvirkning på vores evne til at fortolke observationsdata."


Varme artikler