На изображении показано схематическое поперечное сечение экзопланеты-суперземли, где выделены мантия и ядро. Для наглядности на область мантии наложено изображение целевой камеры Национальной установки зажигания (NIF). Магнитное поле Земли, без которого жизнь в её современном виде была бы невозможна, генерируется конвективными потоками в её расплавленном железном ядре.
Новый критерий обитаемости: долгоживущее ядро
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, расплавленные ядра крупных каменистых экзопланет (суперземель) должны остывать и затвердевать значительно дольше, чем у планет размером с Землю. Это открытие расширяет наши представления о потенциальной обитаемости миров за пределами Солнечной системы, поскольку долгоживущее жидкое ядро считается ключевым условием для формирования защитной магнитосферы.
«Мы открываем всё новые экзопланеты, и один из главных вопросов — могут ли они быть пригодны для жизни?» — отмечает Рик Краус, физик из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, руководивший работой. Традиционный поиск жизни фокусируется на «обитаемой зоне» у звезды и наличии воды, но команда Крауса предложила дополнительный, фундаментальный критерий — способность планеты поддерживать глобальное магнитное поле.
Экстремальный эксперимент: лазеры, давление и железный «бутерброд»
Изучение свойств вещества в условиях, царящих в ядрах планет-гигантов, — задача невероятной сложности. Для её решения учёные использовали мощнейшие лазеры Национальной установки зажигания. В эксперименте мишень из сверхтонких слоёв железа, бериллия и фторида лития подвергалась воздействию лазерных импульсов невообразимой мощности.
«Внешний слой за доли наносекунды превращался в плазму, создавая ударную волну, которая сжимала и нагревала образец железа до давлений, превышающих давление в центре Земли», — объясняет Краус. Этот процесс моделировал условия, в которых оказался бы кусок железа, погружающийся в глубины расплавленного планетарного ядра.
«Это чертовски сложный шоковый эксперимент», — комментирует Питер Дрисколл, геофизик из Carnegie Science, не участвовавший в исследовании. По его словам, образец разрушается за одно мгновение, что позволяет собрать лишь несколько точек данных, но такие эксперименты бесценны для фундаментальной науки.
Результаты: большие планеты — более долгие «магнитные щиты»
Измерения показали, что температура плавления железа резко возрастает с увеличением давления. Это означает, что в более массивных планетах с большим давлением в центре ядро будет оставаться расплавленным гораздо дольше. По оценкам исследователей, если ядро Земли полностью затвердеет примерно за 6 миллиардов лет, то для ядра суперземли (в 4-6 раз массивнее нашей планеты) аналогичный процесс может занять на 30% больше времени.
«Хотя это может казаться интуитивно понятным, с учётом всех физических факторов такой исход не был предопределён», — подчёркивает Краус.
Ограничения и будущие исследования
Дрисколл указывает на важные нюансы. Во-первых, состав ядер экзопланет может сильно отличаться от земного и включать другие элементы, что изменит температуру плавления. Во-вторых, скорость остывания ядра критически зависит от свойств мантии, которая у далёких миров может быть сложена из неизвестных нам пород.
Яркий пример — Венера, схожая с Землёй по размеру и составу, но не имеющая ни глобального магнитного поля, ни тектоники плит. Это показывает, что одного лишь расплавленного ядра может быть недостаточно.
Следующим шагом, по мнению учёных, станет изучение того, как тепло и электричество проводятся в веществе ядра при экстремальных условиях — параметров, которые лишь недавно начали измерять для ядра Земли и которые напрямую влияют на динамику генерации магнитного поля.
Обратите внимание: Учёные обнаружили воду на луне!.
#космос #космос исследования #ученые использовали #ядро земли #экзопланеты #лазеры #наука #астрономия #научные исследования
Еще по теме здесь: Космос.
Источник: Ученые использовали гигантские лазеры для имитации сверхгорячего ядра экзопланеты.