Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Nghiên cứu mới cung cấp một khuôn khổ để hiểu bên trong của các siêu Trái đất – những hành tinh ngoài đá có kích thước từ 1,5 đến 2 lần hành tinh của chúng ta – là điều kiện tiên quyết để đánh giá tiềm năng sinh sống của chúng. Các hành tinh có kích thước này là một trong những hành tinh phong phú nhất trong các hệ ngoại hành tinh.
Nghiên cứu mới do Yingwei Fei của Carnegie dẫn đầu cung cấp một khuôn khổ để hiểu bên trong của các siêu Trái đất – những ngoại hành tinh bằng đá có kích thước từ 1,5 đến 2 lần hành tinh quê hương của chúng ta – là điều kiện tiên quyết để đánh giá tiềm năng sinh sống của chúng. Các hành tinh có kích thước này là một trong những hành tinh phong phú nhất trong các hệ ngoại hành tinh. Bài báo được xuất bản trên Nature Communications .
Giám đốc Phòng thí nghiệm Trái đất và Hành tinh giải thích các vật liệu đá dưới nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt, “Mặc dù những quan sát về thành phần khí quyển của hành tinh sẽ là cách đầu tiên để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống ngoài Trái đất, nhưng nhiều khía cạnh của khả năng sinh sống trên bề mặt hành tinh bị ảnh hưởng bởi những gì đang xảy ra bên dưới bề mặt hành tinh và đó là nơi chuyên môn lâu năm của nhà nghiên cứu Carnegie về các Richard Carlson.”
Trên Trái đất, động lực học và cấu trúc bên trong của lớp phủ silicat và tấm lõi kim loại tạo ra động lực kiến tạo và tạo ra địa động lực cung cấp năng lượng từ trường của chúng ta và bảo vệ chúng ta khỏi các hạt ion hóa nguy hiểm và tia vũ trụ. Cuộc sống như chúng ta biết sẽ là không thể nếu không có sự bảo vệ này. Tương tự, động lực học và cấu trúc bên trong của các siêu Trái đất sẽ định hình các điều kiện bề mặt của hành tinh.
Với những khám phá thú vị về sự đa dạng của các ngoại hành tinh đá trong những thập kỷ gần đây, liệu các siêu Trái đất có khối lượng lớn hơn nhiều có khả năng tạo ra những điều kiện thuận lợi cho sự sống sinh sôi và phát triển?
Kiến thức về những gì đang xảy ra bên dưới bề mặt siêu Trái đất là rất quan trọng để xác định liệu một thế giới xa xôi có khả năng lưu giữ sự sống hay không. Nhưng các điều kiện khắc nghiệt của nội thất hành tinh có khối lượng siêu lớn Trái đất thách thức khả năng của các nhà nghiên cứu trong việc thăm dò các đặc tính vật chất của các khoáng chất có khả năng tồn tại ở đó.
Đó là nơi bắt chước dựa trên phòng thí nghiệm.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu của Carnegie đã đi đầu trong việc tái tạo các điều kiện của nội thất hành tinh bằng cách đặt các mẫu vật liệu nhỏ dưới áp suất lớn và nhiệt độ cao. Nhưng đôi khi ngay cả những kỹ thuật này cũng đạt đến giới hạn của chúng.
Để xây dựng các mô hình cho phép chúng ta hiểu động lực học và cấu trúc bên trong của siêu Trái đất, chúng ta cần có khả năng lấy dữ liệu từ các mẫu gần đúng với các điều kiện sẽ được tìm thấy ở đó, có thể vượt quá 14 triệu lần áp suất khí quyển. Tuy nhiên, các nhà khoa học tiếp tục gặp phải những hạn chế khi tạo ra những điều kiện này trong phòng thí nghiệm.
Một bước đột phá xảy ra khi nhóm – bao gồm Asmaa Boujibar và Peter Driscoll của Carnegie cùng với Christopher Seagle, Joshua Townsend, Chad McCoy, Luke Shulenburger và Michael Furnish của Phòng thí nghiệm Quốc gia Sandia – được cấp quyền truy cập từ tính, mạnh nhất thế giới- máy năng lượng xung được điều khiển (Cơ sở điện xung Z của Sandia) để gây sốc trực tiếp một mẫu Bridgmanite mật độ cao – một loại magie silicat áp suất cao được cho là chủ yếu trong lớp phủ của các hành tinh đá – để cho nó tiếp xúc với các điều kiện khắc nghiệt liên quan đến bên trong siêu Trái đất.
Một loạt các thí nghiệm sóng xung kích siêu tốc độ trên vật liệu lớp phủ siêu Trái đất đã cung cấp các phép đo mật độ và nhiệt độ nóng chảy sẽ là cơ sở để giải thích khối lượng và bán kính quan sát được của siêu Trái đất.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng dưới áp lực đại diện cho nội thất siêu Trái đất, Bridgmanite có nhiệt độ nóng chảy rất cao, điều này sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với động lực học bên trong. Theo các kịch bản tiến hóa nhiệt nhất định, các hành tinh đá khổng lồ có thể có một địa động lực nhiệt định hướng sớm trong quá trình tiến hóa của chúng, sau đó mất đi hàng tỷ năm khi quá trình nguội lạnh chậm lại. Một geodynamo bền vững cuối cùng có thể được bắt đầu lại bởi sự chuyển động của các nguyên tố nhẹ hơn thông qua sự kết tinh lõi bên trong.
“Khả năng thực hiện các phép đo này là rất quan trọng để phát triển các mô hình đáng tin cậy về cấu trúc bên trong của siêu Trái đất lên tới tám lần khối lượng hành tinh của chúng ta”, Fei nói thêm. “Những kết quả này sẽ tác động sâu sắc đến khả năng giải thích dữ liệu quan sát của chúng tôi.”
Dự án được hỗ trợ một phần bởi Carnegie Venture Grant và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.
Dự án được thực hiện bởi Chương trình Khoa học Cơ bản Z.
Nguồn truyện:
Tài liệu do Viện Khoa học Carnegie cung cấp . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :