در اعماق جهان‌های دور چه می‌گذرد؟

کانی‌های سیلیکات بیشتر گوشته زمین را تشکیل می‌دهند و بر اساس محاسبات چگالی آن‌ها، تصور می‌شود که جزء اصلی داخلی سایر سیارات سنگی نیز هستند. روی زمین، تغییرات ساختاری ناشی از سیلیکات‌ها در شرایط فشار و دمای بالا، مرزهای کلیدی را در اعماق زمین، مانند مرزهای بین گوشته بالایی و پایینی، مشخص می‌کند. تیم تحقیقاتی علاقه‌مند به کاوش در پیدایش و رفتار اشکال جدید سیلیکات در شرایطی شبیه آنچه بود که در جهانهای دور یافت می‌شود، اعتبار: Kalliopi Monoyios.

چه نیروهایی در فضای داخلی جهانهای دور کار می‌کنند و این شرایط چگونه بر قابلیت سکونت‌پذیری آنها تأثیر می‌گذارد؟

کار جدیدی که توسط آزمایشگاه زمین و سیارات کارنگی هدایت می‌شود، از تقلید مبتنی بر آزمایشگاه برای نشان دادن ساختار بلوری جدیدی استفاده می‌کند که پیامدهای مهمی برای درک ما از فضای داخلی سیارات فراخورشیدی بزرگ و سنگی دارد.

راجکریشنا دوتا، نویسنده اصلی کارنگی، توضیح داد: پویایی درونی سیاره ما برای حفظ محیطی سطحی حیاتی است که در آن حیات می‌تواند رشد کند. هدایت ژئودینامو که میدان مغناطیسی ما را ایجاد می‌کند و ترکیب جو ما را شکل می‌دهد. شرایطی که در اعماق سیارات فراخورشیدی بزرگ و سنگی مانند ابرزمین‌ها یافت می‌شود حتی شدیدتر خواهد بود.»

کانی‌های سیلیکاتی بیشتر گوشته زمین را تشکیل می‌دهند و براساس محاسبات چگالی آن‌ها، تصور می‌شود که جزء اصلی داخلی سایر سیارات سنگی نیز هستند. روی زمین، تغییرات ساختاری ناشی از سیلیکات‌ها در شرایط فشار و دمای بالا، مرزهای کلیدی را در اعماق زمین، مانند مرزهای بین گوشته بالایی و پایینی، مشخص می‌کند.

تیم تحقیقاتی شامل سالی جون تریسی از کارنگی، رون کوهن، فرانچسکا میوزی، کای لو و جینگ یانگ، و همچنین پاملا برنلی از دانشگاه نوادا لاس وگاس، دین اسمیت و یو منگ از آزمایشگاه ملی آرگون، استلا چاریتون و ویتالی پراکاپنکا از دانشگاه شیکاگو و توماس دافی از دانشگاه پرینستون – علاقه مند به کاوش در پیدایش و رفتار اشکال جدید سیلیکات در شرایطی شبیه به آنهایی بودند که در جهانهای دور یافت می‌شوند.

دافی می‌گوید: «برای دهه‌ها، محققان کارنگی در بازآفرینی شرایط فضای داخلی سیاره‌ها با قرار دادن نمونه‌های کوچکی از مواد تحت فشارهای زیاد و دمای بالا پیشرو بوده‌اند.

اما محدودیت‌هایی در توانایی دانشمندان برای بازآفرینی شرایط فضای داخلی فراسیاره‌ای در آزمایشگاه وجود دارد. مدل‌سازی نظری نشان می‌دهد که فازهای جدید سیلیکات تحت فشارهایی که انتظار می‌رود در گوشته‌های سیارات فراخورشیدی سنگی یافت می‌شوند که حداقل چهار برابر پرجرم‌تر از زمین هستند،. اما این انتقال هنوز مشاهده نشده است.

با این حال، ژرمانیوم یک پایه خوب برای سیلیکون است. این دو عنصر ساختارهای کریستالی مشابهی را تشکیل می‌دهند، اما ژرمانیوم باعث انتقال بین فازهای شیمیایی در دماها و فشارهای پایین تر می شود که در آزمایش‌های آزمایشگاهی قابل کنترل‌تر است.

این تیم با کار بر روی ژرمانات منیزیم، Mg2GeO4، مشابه یکی از فراوان‌ترین کانی‌های سیلیکات گوشته، توانستند اطلاعاتی در مورد کانی‌شناسی بالقوه ابرزمین‌ها و دیگر سیارات فراخورشیدی بزرگ و سنگی جمع‌آوری کنند. تحت فشار حدود 2 میلیون برابر فشار اتمسفر معمولی، فاز جدیدی با یک ساختار کریستالی متمایز ظاهر شد که شامل یک ژرمانیوم با هشت اکسیژن است. انتظار می‌رود که این ماده معدنی جدید با هشت هماهنگی و ذاتاً ناسازگار بر دمای داخلی و دینامیک این سیارات تأثیر بگذارد. اعتبار: Rajkrishna Dutta.

کوهن گفت: «جالب‌ترین چیز برای من این است که منیزیم و ژرمانیوم، دو عنصر بسیار متفاوت، جایگزین یکدیگر می‌شوند.

در شرایط محیطی، بیشتر سیلیکاتها و ژرمناتها در ساختاری که به آن ساختار چهار وجهی می گویند، سازماندهی می‌شوند، یک سیلیکون مرکزی یا ژرمانیوم که با چهار اتم دیگر پیوند دارد. با این حال، در شرایط شدید، این امر می‌تواند تغییر کند.

تریسی توضیح داد: «این کشف که تحت فشارهای شدید، سیلیکات‌ها می‌توانند ساختاری را به‌جای چهار پیوند به خود بگیرند که حول محور شش پیوند است، از نظر درک دانشمندان از دینامیک اعماق زمین، یک تغییر کلی بازی بود. “کشف یک جهت‌گیری هشتگانه می‌تواند پیامدهای انقلابی مشابهی برای نحوه تفکر ما در مورد پویایی فضای داخلی سیارات فراخورشیدی داشته باشد.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

What’s happening in the depths of distant worlds?

by Carnegie Institution for Science

https://phys.org/news/2022-03-depths-distant-worlds.html