В суперземлях предсказали существование запрещенных веществ

Художественное изображение Kepler-62e, супер-Земли, обращающейся вокруг звезды Kepler-62 в созвездии Лиры.

Изображение: NASA

Российские ученые из Московского физико-технического института установили, что в недрах суперземель могут находиться химические вещества, не встречающиеся на Земле. Работа с результатами моделирования опубликована в Scientific Reports.

Ученые провели моделирование с использованием алгоритма USPEX, разработанного одним из руководителей исследования Артемом Огановым. С помощью USPEX Оганов и его коллеги уже установили невозможные с точки зрения «земной» химии соединения натрия и хлора, теперь настал черед магния, кремния и кислорода. Причем выбор последних в качестве материала для моделирования отнюдь не случаен.

Землеподобные планеты состоят из кремниевой оболочки, силикатно-оксидной мантии (достигающей около 7/8 объема Земли) и железного ядра. По сути, магний, кислород и кремний служат химическим «базисом» как на Земле, так и на суперземлях.

При помощи алгоритма USPEX ученые смоделировали разные состояния Mg-Si-O, возникающие при давлениях 5-30 миллионов атмосфер. Подобные давления могут существовать в недрах суперземель — планет с массой, превышающей земную в несколько раз. 

Результаты компьютерного моделирования показывают, что давление внутри таких планет обеспечивает стабильность невозможных на Земле соединений магния, кремния и кислорода: MgSi3O12 и MgSiO6, а также оксидов кремния SiO3 и SiO. Характерные для Земли соединения выглядят как MgSiO3 (метасиликат магния, встречающийся в природе под видом минерала клиноэнстатита) и широко распространенный оксид кремния SiO2.

При этом MgSi3O12 представляет собой оксид металла и является проводником, в то время как другие вещества, содержащие Mg-Si-O атомы являются диэлектриками или полупроводниками. Это оказывает существенное влияние на магнитное поле суперземель — по предположению ученых, оно должно значительно превышать магнитное поле Земли. А более сильное магнитное поле это более надежная защита от космической радиации и, следовательно, более пригодные для существования жизни условия.

Также команда ученых смоделировала условия, при которых метасиликат магния MgSiO3 в недрах суперземель превращается в пост-перовскит, изменяя свою кристаллическую структуру. Пост-перовскит существует на границе земных мантии и ядра (там достаточные для его образования температура и давление) и оказывает существенное влияние на динамику мантии. По словам Оганова, появление пост-перовскита влияет на разделение слоев мантии и их движение относительно друг друга также и в суперземлях. Понимание процессов его кристаллизации улучшит наше понимание движения литосферных плит землеподобных планет.

Суперземля – класс планет, масса которых превышает массу Земли в несколько раз, но при этом остается меньше массы газовых гигантов. Условия на суперземлях не обязательно удовлетворяют условиям зоны потенциальной обитаемости, однако они являются наиболее очевидными кандидатами на существование внеземной жизни. Планеты этого типа впервые были обнаружены в 1991 году и до сих пор остаются относительно редкими.

Александра Стуккей

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.