Ядра – чистый перовскит

Алексей Паевский 21.02.2006, 10:56

Планетологи смоделировали внутреннюю структуру планет-гигантов Суперземля и Плотный Сатурн. Оказалось, что минералы, из которых состоят планеты, кардинально меняют свои свойства. Например, оксиды начинают свободно проводить электрический ток и вообще ведут себя как настоящие металлы.

Американские планетологи построили модели ядер планет-гигантов как в Солнечной системе, так и за ее пределами.

Как сообщает Science, Рената Венцович из университета Миннесоты, а также Коичиро Умемото и Филипп Ален из университета Стони-Брук смоделировали поведение некоторых горных пород при температуре и давлении, существующих в ядрах Сатурна, Юпитера и двух экзопланет вне Солнечной системы. Оказалось, что породы в таких условиях меняют свои свойства и существенно отличаются от этих же пород на Земле.

Например, минералы приобретают электрическую и тепловую проводимость, сравнимую с электро- и теплопроводностью металлов.

Работа ученых основывается на открытии, сделанном российским кристаллографом Артемом Огановым (Федеральный швейцарский технологический институт в Цюрихе) и японцем Шигики Оно (Институт передовых исследований земной эволюции): ученые изучали особый слой D (Dee double prime), который располагается между мантией и железным ядром Земли и имеет до 300 км в толщину. И установили, что D, как и мантия, в основном состоит из силикатного перовскита (MgSiO3, не путать с классическим перовскитом CaTiO3). Однако в условиях слоя D высокие температура и давление изменили структуру перовскита и превратили его в вещество постперовсксит. Как уточнил «Газете.Ru» Артем Оганов, статья об их открытии вышла в Nature 22 июля 2004 года.

В новой работе планетологи обратили свое внимание на ядра планет-гигантов в нашей Солнечной системе (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), а также двух экзопланет. Одна из них получила название Суперземля и вращается вокруг звезды в созвездии Водолея на расстоянии 15 световых лет от нас, а другая – Плотный Сатурн (Dense-Saturn) — находится в 257 световых годах от нас в созвездии Геркулеса.

Современная планетология считает, что у планет-гигантов сначала сформировались силикатные ядра, а затем планеты «нарастили» себе оболочку из водорода и гелия. По современным расчетам, рост Юпитера продолжался десятки миллионов лет, а рост Сатурна – сотни миллионов. У планет-гигантов возникли собственные мини-диски из газа и пыли, из которых затем сформировались кольца и многочисленные спутники.
Гипотезу, согласно которой ядра планет-гигантов аналогичны планетам земной группы, впервые предложил российский математик и геофизик Отто Юльевич Шмидт (более известный как руководитель челюскинцев) в работе «Четыре лекции по теории происхождении Земли». Теперь эта мысль имеет и численное подтверждение.

Ученые из Миннесоты и Стони-Брук рассчитали, что в ядрах двух планет-гигантов, Сатурна и Юпитера, а также обеих экзопланет свойства перовсксита также сильно изменяются. При температуре 10 тысяч градусов и давлении около 10 млн атмосфер даже постперовскит не может сохранить свою структуру и преобразуется в кристаллы двух новых типов.

Один из них ведет себя так же, как и металлы. Он свободно проводит электрический ток.

Такой эффект может поддерживать магнитное поле планеты (если оно есть). Кроме того, подобные явления могут облегчать «транспортировку» энергии от ядра планеты к поверхности. Результатом этого могут явиться сильные «планетотрясения» и извержения вулканов.

Венцович говорит, что описываемый эффект сильнее в Плотном Сатурне, чем в Суперземле. Условия в ядрах Урана и Нептуна не столь жестокие, поэтому постперовскит сохраняет свою структуру, считает Венцович.

Планетолог резюмирует: «Мы хотим понять, как планеты возникли и развивались, какие они сейчас. Мы должны понять, как недра планет ведут себя в условиях высоких температур и давлений. Тогда мы сможем смоделировать их структуру. Так сравнительная планетология может помочь нам лучше понять строение и происхождение Земли».