Dybt vand på Neptun og Uranus kan være magnesiumrigt

Mens videnskabsmænd har oparbejdet betydelig viden om klippeplaneterne i vores solsystem, som Jorden og Mars, meget mindre er kendt om de iskolde vandrige planeter, Neptun og Uranus.

I en ny undersøgelse offentliggjort for nylig i Natur astronomi , et hold videnskabsmænd genskabte temperaturen og trykket i det indre af Neptun og Uranus i laboratoriet, og derved har fået en større forståelse af kemien i disse planeters dybe vandlag. Deres resultater giver også fingerpeg om sammensætningen af ​​oceaner på vandrige exoplaneter uden for vores solsystem.

Neptun og Uranus menes konventionelt at have forskellige separate lag, bestående af en atmosfære, is eller væske, en stenet kappe og en metallisk kerne. Til denne undersøgelse, forskerholdet var især interesseret i mulig reaktion mellem vand og sten i det dybe indre.

"Gennem denne undersøgelse, vi søgte at udvide vores viden om det dybe indre af isgiganter og afgøre, hvilke vand-klippe-interaktioner der kunne eksistere under ekstreme forhold, " siger hovedforfatter Taehyun Kim, fra Yonsei University i Sydkorea. "Isgiganter og nogle exoplaneter har meget dybe vandlag, i modsætning til jordiske planeter. Vi foreslog muligheden for en blanding af to af de planetbyggende materialer (vand og sten) i isgiganternes indre."

For at efterligne forholdene i de dybe vandlag på Neptun og Uranus i laboratoriet, holdet nedsænkede først typiske stendannende mineraler, olivin og ferroperiklase, i vand og komprimerede prøven i en diamantambolt til meget høje tryk. Derefter, at overvåge reaktionen mellem mineralerne og vand, de tog røntgenmålinger, mens en laser opvarmede prøven til en høj temperatur.

Den resulterende kemiske reaktion førte til høje koncentrationer af magnesium i vandet. Baseret på disse resultater, holdet konkluderede, at oceaner på vandrige planeter måske ikke har de samme kemiske egenskaber som jordens hav, og højt tryk ville gøre disse oceaner rige på magnesium.

"Vi fandt ud af, at magnesium bliver meget mere opløseligt i vand ved høje tryk. Faktisk, magnesium kan blive lige så opløseligt i vandlagene i Uranus og Neptun, som salt er i jordens hav, " siger studiemedforfatter Sang-Heon Dan Shim fra Arizona State University's School of Earth and Space Exploration.

Disse egenskaber kan også hjælpe med at løse mysteriet om, hvorfor Uranus' atmosfære er meget koldere end Neptuns, selvom de begge er vandrige planeter. Hvis der findes meget mere magnesium i Uranus' vandlag under atmosfæren, det kan blokere varmen i at slippe ud fra det indre til atmosfæren.

"Dette magnesiumrige vand kan fungere som et termisk tæppe for planetens indre, " siger Shim.

Ud over vores solsystem, disse højtryks- og højtemperatureksperimenter kan også hjælpe videnskabsmænd med at få en større forståelse af sub-Neptuns exoplaneter, som er planeter uden for vores solsystem med en mindre radius eller en mindre masse end Neptun.

Sub-Neptun planeter er den mest almindelige type exoplaneter, som vi kender til indtil videre, og forskere, der studerer disse planeter, antager, at mange af dem kan have et tykt vandrigt lag med et stenet indre. Denne nye undersøgelse tyder på, at de dybe oceaner af disse exoplaneter ville være meget forskellige fra Jordens hav og kan være magnesiumrige.

"Hvis en tidlig dynamisk proces muliggjorde en sten-vand-reaktion i disse exoplaneter, det øverste vandlag kan være rigt på magnesium, muligvis påvirke planetens termiske historie, " siger Shim.

For de næste trin, holdet håber at fortsætte deres højtryks-/højtemperatureksperimenter under forskellige forhold for at lære mere om planeternes sammensætning.

"Dette eksperiment gav os en plan for yderligere udforskning af de ukendte fænomener i isgiganter, " siger Kim.