Išanalizuotos galimybės gyventi ant superžemių

Ken Robinson. Ugdyti širdį ir protą (Birželis 2019).

Anonim

Kartu su savo estetiniu funkcija, padedančia sukurti šlovingą "Aurora Borealis" arba "Northern Lights", galingas magnetinis laukas aplink mūsų planetą taip pat turi gana svarbią praktinę vertę: tai leidžia gyvenimą.

Atskyrus kenksmingas įkrautas daleles iš saulės ir kosminių spindulių, kurie nuolat bombarduoja planetą ir užkerta kelią saulės vėjui susilpninti atmosferą, Žemės magnetinis laukas leido daugiabučiams gyventi iki žmonių, įskaitant žmones, vystytis ir išgyventi.

O dabar, atradus tūkstančius planetų už Saulės sistemos, žinomos kaip "eksoplanetai", mokslininkai nori sužinoti, ar akmens "superžemės", iki 10 kartų masyvesnės nei Žemė, taip pat galėtų gyventi.

"Gyvenamųjų eksopolatumų paieška yra vienas iš trijų svarbiausių planetų mokslo ir astronomijos bendruomenių tikslų", - sakė Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos fizikas Rickas Krausas. "Su šiais atradimais kyla daug klausimų: kas atrodo planetoms? Ar mūsų saulės sistema yra unikali? Ar Žemė yra unikali, ar konkrečiau, ar Žemė yra unikaliai apgyvendinta?"

Šie klausimai paskatino dabartinę Nacionalinę uždegimo priemonę (NIF) Discovery Science kampaniją, kurios tikslas buvo nustatyti, ar milžiniškos uolėtos planetos gali turėti Žemės tipo magnetinius laukus. Pasak Krauso, atmosfera, švelnus klimatas ir skystis dažniausiai laikomi gyvybingais pagrindais gyvenime, kaip mes žinome, kad jis vystysis, tačiau magnetinio lauko buvimas yra vienodai svarbus. "Aktyvaus plokščių tektonika ir magnetosfera yra laikomi reikalavimais gyvenamiems egzoplanetams", - sakė jis. "Stabili paviršiaus aplinka, kurioje nėra jonizuojančiosios spinduliuotės, yra viena iš svarbiausių planetos savybių, kurios laikomos gyventojų poreikiu."

Žemės magnetinis laukas generuojamas, nes planetos skystos geležies išorinės šerdies konvekcinės srovės yra sukryžiuotos planetos nugara, sukuriant magneto dinamiką, kuris sukuria magnetosferą (dinamika paverčia mechaninę energiją į elektros energiją arba šiuo atveju magnetizmą). Planeta su tik tvirtu pagrindu gali neturėti magnetinio lauko, taigi mažai tikėtina, kad jis gyvens, kaip mes tai žinome.

"Mes turime suprasti geležies šerdies lydymosi procesą, kad galėtume nustatyti, ar netgi galima turėti skystą išorinį šerdį ir tvirtą vidinę šerdį super žemėje", - sakė Krausas.

Lydymosi kreivė yra kritinė

"Supernamesnių vidinis slėgis yra toks ekstremalus, iki 35 milijonų kartų (Žemės) atmosferos slėgis, kad mes turime labai mažai informacijos apie tai, kaip medžiagos gali iš tikrųjų elgtis jų viduje", - pridūrė jis. "Geležies lydymosi kreivė yra labai svarbi sprendžiant klausimą, ar" superžemė "gali turėti apsauginę magnetosferą. Tai yra slėgio sukeltas geležies kietėjimas, atpalaiduojantis latentinę šilumą, kuri skatina sudėtingą konvekcinį srautą planetos branduolyje".

Mokslininkų komanda naudoja NIF eksperimentinę platformą, vadinamą TARDIS (tikslinė difrakcija in situ), tiriant geležies lydymosi kreivę esant slėgiui nuo 5 iki 20 megabarų (nuo penkių iki 20 milijonų Žemės atmosferos). Tardis rentgeno spindulių difrakcijos diagnozė skirta suprasti fazių pasikeitimus arba struktūrinius perėjimus tarp medžiagų būsenų, kurie atsiranda medžiagose, esant tokiai ekstremaliam slėgiui ir temperatūrai (žr. "NIF" TARDIS tikslas - užkariauti laiką ir erdvę ").

Kampanija remiasi naujausia eksperimentine technika, sukurta Ročesterio universitete "Omega Laser Facility". Mokslininkai šokuoja geležies mėginį, todėl jis susikaupia 2, 5 Mbar, o po to rampas (be šoko) suspaudžia iki 10 Mbar. In situ rentgeno spindulių difrakcija, šiuo metu labiausiai priimtina lydymosi ir kietėjimo matavimo priemonė, naudojama siekiant patvirtinti, kad pirmasis smūgis ištirpino medžiagą, o vėliau vamzdžio suspaudimo banga paskatino ją vėl sustiprinti (skirtingai nuo smūgio suspaudimo, rampos suspaudimas išlaiko mėginio temperatūra žema ir leidžia tirti medžiagą, suspaustą iki ekstremalaus tankio).

"Eksperimentai taip pat rodo didelį pažangą, palyginti su tuo, kas gali būti tiriama apie geležies tirpimą naudojant statinius suspaudimo bandymus", - sakė kampanijos pagrindinis tyrėjas Russell Hemley iš George Washington University, Carnegie direktorius / DOE Alliance Center (CDAC). "Šie eksperimentai iki šiol apsiribojo maždaug trimis mbar slėgiais arba Žemės branduolio slėgiu, todėl jie buvo prieštaringi, todėl nauji rezultatai taip pat pagerins mūsų supratimą apie mūsų planetos branduolį ir teikia svarbiausią informaciją apie superžemių pobūdis ir jų galimybė gyventi ".

"Vienas būdas apmąstyti šį eksperimentą, - sakė Krausas, - tai, kad mes naudojame šoką, kad geležyje būtų sukurta šilta ir tanki šiluminė būklė, panaši į superžemio skystos geležies išorinę šerdį. Tada vėliau beatsitiktinai suspaudžiant geležį, mes imituojame termodinaminį kūną, kuris susiduria su geležies pėdsakais, sugeriančiais giliai superžemio skysčio šerdyje. Su Rentgeno spindulių difrakcija mes galime tiesiogiai atsakyti į klausimą, ar tas geležies pakelis sustiprėtų jis pasiekia nustatytą gylį. "

NIF yra vienintelis įrenginys, galintis pasiekti ir išmatuoti šias ekstremalias medžiagos būsenas. Eksperimentams reikalingas didelis ir ilgalaikis energijos intensyvumas, kurį galima pasiekti tik NIF, o unikalus pulso formavimo pajėgumas leidžia geležinkelio riedmenims suspausti nuo 5 iki 20 Mbar. Kampanija buvo skirta šešiems fotografavimo dienoms 2016-2018 finansiniais metais, pakanka 12 eksperimentų.

"Jei pastebime kietėjimo difrakciją nuo kietojo geležies - lazerio eksperimento daug trumpesnį laiką, - sakė Krausas, - mes žinome, kad lydymosi kreivė yra pakankamai kieta, kad turės tvirtą vidinę šerdį ir skysčio išorinį šerdį, kuris leistų Magneto-dinamo per superžemes. Tada mūsų tikslas yra ištirti skirtingas entropijos būsenas arba temperatūros profilį, kuriuos galima pasiekti superžemių šerdyse ir bandant termodinaminį taką, kurį imasi žemyn skysta geležinė pakaitalas. būtų kritinis žingsnis į priekį nustatant neeilinių planetų tipus, kurie galėtų būti gyvenamieji ".

menu
menu