Мантии суперземель не плавятся даже при колоссальном давлении
Учёные выяснили, что недра многих каменистых экзопланет скорее всего остаются твёрдыми на всей глубине. Исследователи рассчитали температуру плавления главного минерала в глубоких мантиях суперземель. Оказалось, что этот минерал выдерживает нагрев, который превышает предполагаемую температуру внутри таких планет.
Суперземли — это каменные экзопланеты, которые тяжелее Земли в 1–10 раз. В их недрах давление повышается настолько сильно, что обычные минералы перестраивают кристаллическую структуру и принимают формы, которые почти не встречаются на нашей планете.
Скалистые планеты в значительной степени состоят из магнезиального ортосиликата. Под давлением в мантии Земли атомы этого минерала складываются в структуру шпинелевой фазы. Если давление продолжает расти, фаза распадается на два других минерала: оксид ферропериклаз и бридгманит. Последний считается самым распространённым минералом на Земле.
Внутри суперземель давление возрастает ещё сильнее. Там ортосиликат снова стабилизируется и образует совершенно новую структуру — пост-пост-шпинелевую фазу. Учёные предполагают, что она преобладает в глубоких мантиях массивных скалистых планет. Поэтому температура плавления этой фазы определяет процессы формирования и развития суперземель.
Экзопланеты: какие бывают, как их открыли и есть ли среди них пригодные для жизни
Команда исследователей построила компьютерную модель, чтобы обойти ограничения лабораторных экспериментов. Авторы работы применили метод термодинамического интегрирования и рассчитали кривую плавления новой фазы ортосиликата при давлении до 1300 гигапаскалей.
Расчёты показали, что минерал выдерживает нагрев от 9506,85 °C до 14623,85 °C в зависимости от давления. Эта температура значительно превышает температуру плавления бридгманита и других родственных минералов.
Учёные проверили модель с добавлением небольшого количества железа, которое обычно присутствует в недрах экзопланет. Температура плавления минерала снизилась, но всё равно осталась выше температур, которые ожидаются в глубоких мантиях большинства скалистых планет.
Твёрдое состояние мантии влияет на внутреннюю конвекцию планет. Это также отражается на магнитных полях суперземель, которые генерируются движением расплавленных металлов в их недрах.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech
Самое популярное
