Eine 3D-Darstellung des Planeten Uranus. themotioncloud / iStock
Wissenschaftler haben viel über die inneren Welten unseres Sonnensystems gelernt, einschließlich Erde und Mars. Über eisige wasserreiche äußere Planeten, Neptun und Uranus ist jedoch weit weniger bekannt.
In einer Weltneuheit hat ein Team von Wissenschaftlern in einem Labor den Druck und die Temperatur der Innenräume beider Planeten nachgebildet und laut einer kürzlich durchgeführten Studie neue Erkenntnisse über die Chemie der Tiefwasserschichten der Außenplaneten gewonnen. in der Zeitschrift veröffentlicht Naturastronomie .
Die neuen Erkenntnisse könnten auch auf die Zusammensetzung der Ozeane auf fernen wasserreichen Exoplaneten hinweisen, die weit über unser Sonnensystem hinausgehen.
Magnesium könnte wie das Salzwasser der Erde in den Wasserschichten von Uranus und Neptun sein.
Im Allgemeinen betrachten Wissenschaftler Neptun und Uranus als getrennte Schichten, die eine Atmosphäre, Eis oder Flüssigkeit, dann einen felsigen Mantel und einen metallischen Kern im Zentrum umfassen. In der jüngsten Studie untersuchten die Forscher die Möglichkeit von Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gesteinstiefe"Mit dieser Studie wollten wir unser Wissen über das tiefe Innere von Eisriesen erweitern und herausfinden, welche Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen unter extremen Bedingungen bestehen könnten", sagte Taehyun Kim von der Yonsei-Universität in Südkorea, der auch Hauptautor der Studie ist, in a Phys.org Bericht . "Eisriesen und einige Exoplaneten haben im Gegensatz zu terrestrischen Planeten sehr tiefe Wasserschichten."
"Wir haben die Möglichkeit vorgeschlagen, zwei der Planetenbaumaterialien Wasser und Gestein im Inneren von Eisriesen auf atomarer Ebene zu mischen", fügte Kim hinzu. Um die Soforttodbedingungen der Tiefwasserschichten auf Uranus zu simulierenund Neptun im Labor tauchte das Team zunächst konventionelle gesteinsbildende Mineralien wie Ferropericlas und Olivin in Wasser. Anschließend komprimierten sie die Probe in einem Diamantamboss auf extrem hohen Druck. Sobald dies geschah, beobachtete das Team die Wechselwirkung von Wasser und Mineralien.und Röntgenmessungen durchgeführt während ein Laser die Probe auf unglaublich hohe Temperaturen brachte.
Die resultierende chemische Reaktion führt zu hohen Magnesiumkonzentrationen im unter Druck stehenden Wasser, woraus das Team schloss, dass Ozeane auf wasserreichen Planeten durch wesentlich andere chemische Eigenschaften als der Ozean der Erde gekennzeichnet sein könnten. Mit anderen Worten, der hohe Druck könntemachen diese Ozeane reich an Magnesium. "Wir haben festgestellt, dass Magnesium unter hohem Druck viel wasserlöslicher wird", sagte Sang-Heon Dan Shim von der School of Earth and Space Exploration der Arizona State University, der auch Mitautor der Studie ist.Tatsächlich kann Magnesium in den Wasserschichten von Uranus und Neptun genauso löslich werden wie Salz im Erdozean. "
Das Aufdecken der Geheimnisse entfernter Exoplaneten könnte auf Leben hinweisen.
Diese einzigartigen chemischen Eigenschaften könnten Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, warum die Uranus-Atmosphäre so viel kälter ist als die von Neptun, obwohl beide eine wasserreiche Zusammensetzung aufweisen. Wenn die Wasserschicht von Uranus unter ihrer Atmosphäre viel mehr Magnesium besitzt, kann sie die Wärme blockierenFlucht aus dem Innenraum, weitere Erwärmung des Innenraums. "Dieses magnesiumreiche Wasser kann wie eine Wärmedecke für das Innere des Planeten wirken", fügte Shim hinzu.
Außerhalb unseres Sonnensystems könnten Hochdruck- und Hochtemperaturversuche auch dazu beitragen, unser Verständnis von Exoplaneten mit Massen kleiner als Neptun Sub-Neptun-Exoplaneten zu erweitern. Dies ist wichtig, weil Sub-Neptun-Planeten sind am häufigsten bekannte Art von Exoplaneten, und Wissenschaftler glauben, dass viele von ihnen eine dicke wasserreiche Schicht mit einem felsigen Inneren aufweisen könnten. Im Wesentlichen legt die neue Studie nahe, dass tiefe Ozeane auf fernen Exoplaneten sich stark vom Magnesium der Erde unterscheiden können, das reich an Magnesium ist.
"Wenn ein früher dynamischer Prozess eine Stein-Wasser-Reaktion in diesen Exoplaneten ermöglichte, könnte die oberste Wasserschicht reich an Magnesium sein, was möglicherweise die thermische Geschichte des Planeten beeinflusst", sagte Shim. Um die Forschung weiter voranzutreiben, plant das Team diesSchalten Sie die Hochdruck- / Hochtemperatur-Experimente um und experimentieren Sie mit sich verändernden Bedingungen, um eine größere Vielfalt planetarischer Innenräume zu simulieren. "Dieses Experiment lieferte uns einen Plan zur weiteren Erforschung der unbekannten Phänomene bei Eisriesen", sagte Kim.
Wenn Wissenschaftler besser verstehen können, wie Mineralien und Wasser im Kern entfernter Exoplaneten interagieren, können wir die Bedingungen fremder Welten mit Weltraumteleskopen wie dem bevorstehenden James Webb-Weltraumteleskop und mehr erkennen. Auf einen Blick wissen, ob ein Planet dies könnteDas Leben unterstützen - ob wie die Erde oder drastisch anders - könnte uns endlich echte Antworten auf die grundlegendsten wissenschaftlichen Fragen über unseren Platz im Universum geben: Sind wir allein? das Beste kommt noch .