داخل زمین از طریق، به عنوان مثال، آتشفشان و میدان مغناطیسی آن، بر قابلیت سکونت و تکامل بیوسفر آن تأثیر می گذارد. ما در تلاش هستیم تا با بازتولید رفتار کانی ها در زمین در شرایط گوشته ابر زمین، آنچه را که با سیارات فراخورشیدی سنگی اتفاق می افتد، ارزیابی کنیم.
[در ویدیو] در جستجوی سیارات فراخورشیدی از زمان کشف اولین سیاره فراخورشیدی، پگاسوس 51b، در سال 1995، دانشمندان همواره در تلاش برای کشف سیارات جدید هستند. در این ویدیو، میشل مایور، اصول، دشواری ها و علاقه مندی های این جست و جو را با دیگر ستاره شناسان توضیح می دهد. این باعث شد که دنیاهایی را کشف کنیم که بسیار متفاوت از منظومه شمسی است.
در 3 مارس 2022، تقریباً 5000 سیاره فراخورشیدی توسط چشم نووسفر کشف شد که تعدادی از آنها در مدار هستند، مانند ماهواره تس ، جانشین کپلر. انتظار می رود در مورد برخی از آنها افشاگری شود زیرا تلسکوپ جیمز وب به آنها و جو آنها برای امضاهای بالقوه زیستی نگاه می کند.
اما در این میان، اگزوبیست‌شناسان می‌توانند با تلاش برای مدل‌سازی فضای داخلی این سیاره‌های فراخورشیدی و به‌ویژه، شانس این را که برخی از سیارات فراخورشیدی صخره‌ای در منطقه قابل سکونت می‌توانند برای ظاهر و سپس تکامل حیات، آنطور که ما می‌شناسیم، مطلوب ارزیابی کنند. در مورد ابر زمین ها.
ما به خوبی می دانیم که در مورد سیاره آبی ما، گوشته آن در ژئودینامیک تکتونیک صفحه ای دخالت می کند، که بر تکامل حیات روی زمین با رانش قاره، یا فوران های عظیمی مانند فوران های تراپ ، سیبری، و هسته آن تأثیر گذاشته است. یک میدان مغناطیسی محافظ در برابر پرتوهای کیهانی از طریق ژئودینامو خود تولید می کند که عملکرد آن در آزمایشگاه با آزمایش VKS مورد بررسی قرار گرفته است. بنابراین به طور طبیعی این سؤال مطرح می شود که آیا این پدیده ها را می توان در سایر سیارات تلوریک خارج از منظومه شمسی بازتولید کرد.
برای بازسازی شرایط موجود در گوشته زمین در آزمایشگاه، می توان قطعات بسیار کوچک اکسید آهن مغناطیسی را بین نوک دو الماس قرار داد. الماس ها به هم فشرده شدند تا فشاری تا 90 گیگا پاسکال ایجاد کنند. سپس یک پرتو لیزر مادون قرمز می تواند نمونه را تا 1000 درجه سانتیگراد گرم کند. با کلیک کردن روی مستطیل سفید در پایین سمت راست، سپس روی مهره، سپس روی «زیرنویس‌ها» و «ترجمه خودکار» به فرانسوی ترجمه کنید. © Carnegie Science
این یک مشکل سیاره‌شناسی مقایسه‌ای است که داده‌های ژئوفیزیک و ژئوشیمی روی زمین را در چارچوب کیهان‌شیمی و اخترفیزیک به سیاره‌های فراخورشیدی منتقل می‌کند، که سال‌ها با شبیه‌سازی‌های عددی روی رایانه‌ها یا آزمایش‌های فیزیک فشار بالا با سلول‌های سندان الماسی انجام شده است.
همانطور که Futura قبلاً در مقاله قبلی زیر توضیح داده بود، تیمی متشکل از چندین محقق که برخی از آنها از مؤسسه علوم کارنگی (واشنگتن، دی سی) بودند، قبلاً فیزیک و شیمی ابرزمین‌های داخلی را با Z کشف کرده بودند. -دستگاه. امروز، دوباره اعضای این موسسه هستند که آزمایش‌های جدیدی را در مورد این موضوع با سلول‌های سندان انجام داده‌اند و نتایج به‌دست‌آمده را با شبیه‌سازی‌های عددی ترکیب کرده‌اند، همانطور که در مقاله منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم توضیح داده شده است، اما می‌توان آنها را در arXiv مشاهده کرد. .
کانی های سیلیکات بیشتر گوشته زمین را تشکیل می دهند و جزء اصلی درونی سایر سیارات سنگی به حساب می آیند. در زمین، تغییرات ساختاری ناشی از سیلیکات‌ها در شرایط فشار و دمای بالا، مرزهای کلیدی را در عمق داخلی زمین مشخص می‌کند. تیم تحقیقاتی علاقه مند به کاوش در پیدایش و رفتار اشکال جدید سیلیکات در شرایطی شبیه آنچه در جهان های دور مانند ابر زمین ها یافت می شود، بودند که می توانند تا 10 برابر جرم زمین را در خود نگه دارند. © Kalliopi Monoyios
سنگ های گوشته زمین سیلیکات هستند و داده های کیهان شیمی، مشاهدات دیسک های پیش سیاره ای به ما می گوید که سیلیکات ها در این قرص ها وجود دارند و سیارات فراخورشیدی سنگی نیز باید حاوی سیلیکات باشند، حتی اگر سیارات فراخورشیدی کربن را نیز در نظر بگیریم.
ابر زمین‌ها از سیاره آبی ما پرجرم‌تر هستند، بنابراین کاوش در فیزیک و کانی‌شناسی فضای داخلی آنها نسبت به زمین یا غول‌های منظومه شمسی به‌طور پیشینی دشوارتر است. اما تیمی که توسط محققان آزمایشگاه زمین و سیارات کارنگی رهبری می‌شد، به ترفندی متوسل شدند. خواص فیزیکی و شیمیایی اتم ژرمانیوم نزدیک به خواص اتم سیلیکون است و محاسبات نشان می دهد که آنالوگ های سیلیکات ها، ژرمنات ها، می توانند به روشی مشابه رفتار کنند.
آزمایش‌های سلول سندان الماس با ژرمنات منیزیم با فرمول Mg 2 GeO 4 برای تأیید پیش‌بینی انتقال فاز بین دو فاز کریستالی سیلیکات‌ها در گوشته ابر زمین‌ها در فشارها و دماهای پایین‌تر مورد انتظار بود.
معلوم شد که تحت فشار دو میلیون اتمسفر، فاز جدیدی با یک ساختار کریستالی متمایز پدید آمد که شامل یک اتم ژرمانیوم است که به هشت اتم اکسیژن پیوند دارد، در حالی که در شرایط عادی، بیشتر سیلیکات‌ها و ژرمنات‌ها در ساختاری که ساختار چهار وجهی نامیده می‌شود، سازماندهی می‌شوند. سیلیکون یا ژرمانیوم به چهار اتم دیگر پیوند خورده است. با این حال، در شرایط شدید، این می تواند تغییر کند و از قبل مشخص بود که تحت فشارهای شدید، سیلیکات ها می توانند ساختاری حول شش پیوند به خود بگیرند، به جای چهار پیوند، که به طور کامل وضعیت را از نظر درک دینامیک عمیق زمین تغییر داده بود.
بنابراین، ممکن است فکر کنیم که کشف ظاهر یک پیوند هشتگانه می تواند پیامدهای انقلابی مشابهی برای طرز فکر ما در مورد دینامیک فضای داخلی سیارات فراخورشیدی سنگی داشته باشد.
با کار با ژرمانات منیزیم، Mg 2 GeO 4 ، آنالوگ یکی از فراوان ترین کانی های سیلیکات در گوشته، این تیم توانست اطلاعاتی در مورد کانی شناسی بالقوه ابر زمین ها و دیگر سیارات فراخورشیدی بزرگ و سنگی جمع آوری کند. © Rajkrishna Dutta
ماشین Z در حال کارکرد کامل است. علیرغم وجود آب دیونیزه برای عایق کاری بخشی از دستگاه، فلاش های چشمگیری تولید می شود. © Sandia Corporation
مقاله توسط Laurent Sacco منتشر شده در 02/11/2021
ابر زمین ها از نظر اندازه بزرگتر از زمین هستند و اگر جو داشته باشند، ممکن است برخی از آنها قابل سکونت باشند. ما در حال تلاش برای تعیین اینکه در چه شرایطی پوشش آنها می تواند با ایجاد یک هسته مایع فلزی که یک میدان مغناطیسی محافظ ایجاد می کند، با بازتولید وضعیت این پوشش های سنگی روی زمین، ذوب شود.
گروهی از فیزیکدانان به تازگی نتایج کاری را در Nature Communications منتشر کرده اند که بدون شک پرسی ویلیامز بریگمن (1961-1882) یکی از پیشگامان فیزیک فشار بالا را مورد توجه قرار داده است. فیزیکدان با تکمیل تکنیکی برای قرار دادن نمونه‌های ماده در فشار بیش از 100000 اتمسفر، اکتشافاتی انجام داد که جایزه نوبل فیزیک را در سال 1946 برای او به ارمغان آورد. برای مثال می‌توانیم به وجود فازهای جدید یخ اشاره کنیم.
ما بیش از هر چیز ایده سلول‌های سندان را مدیون او هستیم که امکان انجام آزمایش‌هایی در مورد وضعیت صخره‌های داخل زمین یا ماده در قلب سیارات غول‌پیکر مانند مشتری را فراهم کرد. سلول های سندان بریجمن در اصل از کاربید تنگستن ساخته شده بودند. آنها راه را برای سلول های سندان الماسی هموار کردند که امروزه به طور معمول برای آزمایش های فیزیک فشار بالا استفاده می شود.
جایزه نوبل فیزیک 1946 پرسی ویلیامز بریگمن (1961-1882) پیشگام مطالعه مواد پرفشار درون سیارات بود. او رابرت اوپنهایمر، ژئوفیزیکدان بزرگ فرانسیس برچ و جایزه نوبل فیزیک آینده (1977) جان هاسبروک ون ولک را شاگردان داشت. او را یکی از تأثیرگذارترین نظریه پردازان عملیات گرایی در معرفت شناسی می دانند. © بنیاد نوبل
امروزه، متخصصان فشار بالا و دانشمندان سیاره‌شناسی جاه‌طلبی‌های گسترده‌تری دارند. آنها می خواهند فضای داخلی سیارات فراخورشیدی و به ویژه سیارات صخره ای را درک کنند. این درک برای روشن کردن شرایط زیست‌پذیری سیارات فراخورشیدی تلوریک و در نتیجه کمک به پیشرفت اگزوبیولوژی مهم است.
مطالعه زمین به ما آموخته است که قابلیت سکونت آن با تکتونیک صفحه‌ای مرتبط است، که نقش تنظیم‌کننده‌ای با توجه به اثر گلخانه‌ای فراری یا برعکس، ورود به یک یخبندان شبه جهانی با دی اکسید کربن دارد. وجود یک سپر مغناطیسی بزرگ نشان دهنده یک عامل محافظتی در برابر فرسایش جو است که در مورد مریخ کشنده بود .
اگر این ملاحظات را به سیارات فراخورشیدی و به‌ویژه به ابرزمین‌ها منتقل کنیم، طبیعی به نظر می‌رسد که فضای داخلی ابرزمین‌ها را برای به دست آوردن دانش اضافی مدل‌سازی کنیم، و به ما امکان می‌دهد تا ارزیابی کنیم که تا چه حد می‌توانند ظهور حیات و تکامل آن را به سمتی انجام دهند. اشکال پیچیده ما نمی توانیم جو یک سیاره فراخورشیدی تلوریک را از درون آن و از تبادلات موجود بین آنها جدا کنیم. اما برای دستیابی هر چه بیشتر به یک مدل‌سازی علمی از فضای داخلی ابر زمین‌ها، نه تنها محاسبات تحلیلی و شبیه‌سازی‌های عددی لازم است، بلکه باید توسط آزمایش‌ها نیز هدایت شوند. همچنین از آزمایش‌هایی برای بررسی اعتبار فرضیه‌ها و نظریه‌های پیشنهادی استفاده می‌شود.
سرنوشت اتمسفرهای ابر زمین تا حدی با وجود یک میدان مغناطیسی محافظ ایجاد شده توسط یک دینام داخلی تعیین می شود. این فتومونتاژ با دیدگاه های هنرمند و عکسی از ماشین Z در حال کار این ایده را نشان می دهد. © اریک لاندین، عکس توسط Z-Machine رندی مونتویا
اما برای بازتولید شرایط فشار و دمای حاکم بر روی زمین در قلب ابرزمین‌ها، داشتن ابزارهای دیدنی خوب است، زیرا عملکرد به هیچ وجه واضح نیست. خوشبختانه، تیمی از محققان آمریکایی از آزمایشگاه‌های ساندیا در آلبوکرکی (نیومکزیکو) و مؤسسه علوم کارنگی (واشنگتن، دی سی) ماشین معروف Z را داشتند.
او زمانی که در سال 2006 به طور غیرمنتظره ای به دمای دو میلیارد درجه رسید با استفاده از تکنیک فشرده سازی مواد به نام axial pinch (یا Z-pinch نیز نامیده می شود، که نام دستگاه را توضیح می دهد) نامی برای خود دست و پا کرد. همانطور که در مورد همجوشی لیزر اینرسی، این امکان فشرده سازی یک کپسول سوخت ، بنابراین یک سیلندر با تقارن محوری را با استفاده از پالس های مغناطیسی فراهم می کند. ما در مورد همجوشی اینرسی لاینر مغناطیسی ( Maglif ) صحبت می کنیم.
محققان که به ژئوفیزیکدانان تبدیل شدند، کار خود را با استفاده از سیلیکات منیزیم که فراوان‌ترین سیلیکات در گوشته زمین شناخته می‌شود و به افتخار پیشگام فیزیک فشار بالا بریجمانیت نامیده شد، انجام دادند.
ارائه Z-Machine. برای به دست آوردن ترجمه فرانسوی نسبتاً دقیق، روی مستطیل سفید در پایین سمت راست کلیک کنید. سپس باید زیرنویس انگلیسی ظاهر شود. سپس روی مهره سمت راست مستطیل، سپس بر روی “Subtitles” و در نهایت بر روی “Translate automatically” کلیک کنید. "فرانسوی" را انتخاب کنید. © Sandia National Labs
نمونه های بریگمانیت بین صفحات مسی و آلومینیومی به اندازه کارت اعتباری قرار گرفتند. این صفحات با سرعت یک گلوله تفنگ تحت تأثیر میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های 26 میلیون آمپری به حرکت در می آمدند.
برخورد صفحات بر روی نمونه‌های سنگ باعث ایجاد امواج لرزه‌ای در آنجا شد. سرعت انتشار این امواج و سایر خصوصیات آنها با توجه به وضعیت ماده متقاطع در ارتباط است، می توان استنباط کرد که آیا در حضور مایع، گاز یا جامد است و بنابراین منحنی ها را ترسیم کرد – نمودارهایی که تغییرات حالت بریگمانیت را در پاسخ به فشارهای ایجاد شده توصیف می کنند.
بر اساس این نتایج، سیاره‌شناسان توانستند مشخص کنند که در چه شرایطی از اندازه و ترکیب ابرزمین‌ها یک هسته فلزی مایع حاصل از همجوشی گوشته‌شان و قادر به تولید یک مگنتوسفر محافظ خواهند بود. آنها به این نتیجه رسیدند که چندین ابرزمین از قبل شناخته شده می توانند برای مشاهدات دقیق تر در آینده نزدیک امیدوارکننده باشند، زیرا احتمالاً به لطف میدان های گرانشی و یک سپر مغناطیسی، جو را حفظ کرده اند.
در این مورد، 55 Cancri e ; کپلر 10b، 36b، 80e، و 93b؛ CoRoT-7b؛ و HD-219134b .
از تیم های Futura در Patreon حمایت کنید!
!
از ثبت نام شما سپاسگزاریم.
خوشحالم که شما را در جمع خوانندگان ما دارم!
همجوشی کنترل شده: آیا دستگاه Z ایتر را به فراموشی باز می گرداند؟

source