実験室での惑星巨人の内部生活

レーザーパルスは、シリコンスティスティバイトをガスジャイアントのコアで圧縮するのと同じくらい圧縮します

レーザーパルスは、実験室で極端な圧力および温度条件を生成します。 ©E.コワルク/ LLE
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溶解するには密度が高い:研究者は、研究室で、超地球やガスの巨人の内部に広がる条件を作り出しました。 彼らの実験は、「科学」誌の研究者が報告しているように、木星または土星の中心で岩が固く、超地球の内部の働きに新しい光を当てることを示しています。

私たちの惑星の内部は地獄のような場所です:地球の大気よりも数千度の熱と数百万倍の圧力で、岩石は非常に強く一緒になって、特定の非常にコンパクトな鉱物形態のみが存在します。 圧力は非常に大きいので、少なくとも特定のポイントまで、莫大な熱にもかかわらず溶けるのを防ぎます。 また、鉱物の特性はこれらの条件下で変化します。

「固体がこの高圧下で融解する前にどれだけの熱に耐えることができるかは、惑星の内部構造と進化の鍵です」と、ローレンス・リバモア国立研究所(LLNL)のマリウス・ミロットは説明します。 しかし、木星や土星のようなガスの巨人、または海王星や天王星のような氷の巨人の中では、それが部分的にはっきりしているだけです。

二酸化ケイ素の高圧形態であるスティショバイトの結晶構造。 ©Krizu / CC-by-sa 3.0

惑星シミュレータとしてのレーザーパルス

この理由の1つは、これらの方法は、実験室でこれらの条件下で重要な鉱物の挙動をシミュレートすることに欠けていました。 ミロットと彼の同僚は現在、高圧形態の二酸化ケイ素、スティショバイトの製造に成功しています。 このコンパクトなクォーツバリアントは、自然界、たとえばfound石クレーターで見られ、極端な衝撃条件によって作成されます。

彼らの実験で、研究者はスティショバイトのミリメートルの小さな結晶を生成し、高エネルギーのレーザーパルスでそれらに衝撃を与えました。 これが結晶に衝撃波を引き起こし、それが結晶を強く圧縮し、研究者はこの鉱物が500ギガパスカルまでの圧力下でどのように振る舞うかを初めてテストすることができました。 ディスプレイ

木星と土星のシリコン鉱物は固体です

その結果、莫大な圧力により、二酸化ケイ素の融解温度は8, 300ケルビンまで上昇します。 これは、マントルとコアの境界の温度にほぼ相当します。マントルとコアは、地球の質量の約5倍のスーパーアースに広がっているためです。 さらに、この融解温度は、これらの条件下での鉄の融解温度と同じ範囲にあります。

この結果は、シリカが海王星、天王星、土星、木星の核でおそらく固体であることを示唆しています。 「これらの固体核は磁場の生成には関与しないだろう」と研究者らは述べた。 液体の上に重なる層がこれを担当しなければなりません。

{3リットル}

スーパーアースの新しい外観

しかし、新しい結果はまた、外国の星の周りの超地球に新しい光を投げかけました:これによれば、最大5つの地球質量の大きさの超地球だけが液体のある地球のような内的生命を持つことができます外側の鉄芯と、その上に固体のハロゲン化水素皮膜があります。 その結果、液体鉄心が決定的な役割を果たしているため、それらの磁場も土である可能性があります。

一方、ケプラー20bや55カンクリなどのより大きな石の系外惑星には、下部マントルとして溶融岩のマグマ海がありました。 予言者が説明するように、特定の条件下では、これは磁場を作り出し、またその星の重力による潮の影響に影響を与える可能性があります。 (科学、2015; doi:10.1126 / science.1261507)

(科学/ローレンスリバモア国立研究所、2015年1月26日-NPO)