超级地球是否有能力创造适宜生命繁衍的环境?

模仿行星内部

这张图展示了静态高压合成技术和动态方法的结合,使研究人员能够在模拟超级地球内部的极端条件下探测被认为主要存在于岩石行星地幔中的镁硅酸盐桥菱石。图片由飞英伟提供。由兰迪·蒙托亚拍摄,由桑迪亚国家实验室提供

“超级地球”内部动力系统能否为宜居性提供条件?

卡耐基大学的Yingwei Fei领导的一项新研究为理解“超级地球”的内部提供了一个框架。“超级地球”是一颗体积约为我们地球的1.5到2倍的岩石系外行星,这是评估其宜居潜力的先决条件。这种大小的行星是系外行星系统中数量最多的。论文发表在自然通讯

虽然观察到的an太阳系外行星的大气成分将会是第一个方法寻找地外生命的签名,一颗行星的表面可居住的许多方面都发生了什么影响在地球的表面,这就是卡内基研究长期的专业属性的岩石材料在极端的温度和压力下,“解释地球和行星实验室主任理查德·卡尔森。

在地球上,硅酸盐地幔和金属地核的内部动力学和结构驱动着板块构造,产生了地球发电机,为我们的磁场提供动力,保护我们免受危险的电离粒子和宇宙射线的伤害。没有这种保护,我们所知道的生命是不可能存在的。同样,“超级地球”的内部动力学和结构也将塑造这个星球的表面状况。

近几十年来,人们发现了多种多样的岩石系外行星,这让人兴奋不已。那么,质量更大的“超级地球”是否有能力创造适宜生命繁衍的环境呢?

了解超级地球表面下发生了什么对于确定一个遥远的世界是否有能力容纳生命至关重要。但超级地球质量的行星内部的极端条件,挑战了研究人员探测可能存在于那里的矿物物质特性的能力。

这就是实验室模仿的用武之地。

研究行星内部

这是一位科学家使用基于实验室的技术来探测系外行星内部可能的条件的插图。资料来源:卡耐基科学研究所凯瑟琳·凯恩提供

几十年来,卡耐基的研究人员一直在通过将小块材料置于高压和高温下来重现行星内部的环境。但有时这些技术也会达到它们的局限性。

费飞解释说:“为了建立模型,使我们能够了解超级地球的内部动态和结构,我们需要能够从样本中获取数据,接近那里可能发现的条件,可能超过1400万倍的大气压力。”“然而,当我们在实验室中创造这些条件时,我们不断遇到限制。”

突破发生在团队——包括卡内基的Asmaa Boujibar和彼得•德里斯科尔和克里斯托弗•Seagle约书亚汤森,乍得真品,卢克Shulenburger,和迈克尔提供桑迪亚国家实验室,被授予访问世界上最强大的,magnetically-driven脉冲动力机械(桑迪亚的Z脉冲电力设施)高密度样品bridgmanite——直接冲击一种高压镁硅酸盐,被认为在岩石行星的地幔中占主导地位,以便将其暴露在与超级地球内部相关的极端条件下。

一系列超高速冲击波实验为解释超级地球的观测质量和半径提供了密度和熔化温度测量的基础。

研究人员发现,在代表“超级地球”内部的压力下,bridgmanite具有非常高的熔点,这对内部动力学具有重要意义。他们说,在某些热演化的情况下,巨大的岩石行星在演化的早期可能有热驱动的地球发电机,然后在数十亿年冷却减慢时失去它。一个持续的地球发电机最终可以通过较轻的元素通过内核结晶的运动重新启动。

费教授补充说:“进行这些测量的能力对于建立超级地球内部结构的可靠模型至关重要,超级地球的质量可达地球的8倍。”“这些结果将对我们解释观测数据的能力产生深远影响。”

参考:MgSiO的熔化和密度3.作者:Yingwei Fei, Christopher T. Seagle, Joshua P. Townsend, Chad A. McCoy, Asmaa Boujibar, Peter Driscoll, Luke Shulenburger和Michael D. Furnish, 2021年2月9日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 21170 - y

该项目部分由卡内基创投基金和美国国家科学基金会资助。

这个项目是由Z基础科学计划完成的。

第一个发表评论关于“超级地球是否有能力创造适宜生命繁衍的环境?”

留下你的评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。