В то время как о планетах земного типа, таких как Земля и Марс, ученым удалось собрать к настоящему времени довольно немало информации, гораздо меньше сведений у исследователей имеется о богатых водой и льдом планетах, Нептуне и Уране. В новом исследовании группа ученых воссоздала в лаборатории температуру и давление, поддерживающиеся в недрах Непутна и Урана, в результате чего удалось добиться более ясного понимания химического состава глубоко расположенных слоев воды на этой планете. Эти находки также содержат ключи к пониманию химического состава океанов богатых водой экзопланет, расположенных за пределами нашей Солнечной системы.
Обычно считается, что структура Нептуна и Урана включает несколько отдельных слоев, состоящих из атмосферы, льда или флюида (текучей среды), каменистой мантии и металлического ядра. В этом исследовании команду особенно интересовали возможные реакции между водой и горными породами глубоко в недрах планет. «В этой работе мы пытались расширить наши представления о глубоких слоях воды в недрах ледяных гигантов и определить, какие взаимодействия могут протекать между водой и горными породами в этих экстремальных условиях, - сказал главный автор исследования Таэ Хён Ким (Taehyun Kim) из Университета Йонсей, Южная Корея. – Ледяные гиганты и некоторые экзопланеты имеют очень глубоко лежащие слои воды, в отличие от планет земного типа. Мы предположили, что в недрах ледяных гигантов основные материалы, слагающие планету – вода и камень – реагируют друг с другом на атомарном уровне».
Чтобы воссоздать в лаборатории условия, поддерживающиеся в глубинных водных слоях на Нептуне и Уране, команда сначала погрузила типичные минералы горных пород, широко распространенных на Уране и Нептуне, оливин и ферропериклаз, в воду и приложила к образцу очень высокое давление при помощи алмазной наковальни. Затем ученые измерили рентгеновское излучение, наблюдаемое со стороны образца при этом гигантском давлении и нагреве лазерным лучом до высоких температур.
Результирующая химическая реакция привела к высоким концентрациям магния в воде. На основе этих находок команда пришла к выводу, что химические свойства океанов на богатых водой планетах могут отличаться от химических свойств земных океанов, при этом высокое давление приводит к обогащению этих океанов магнием. Эти результаты могут помочь понять, почему атмосфера Урана намного холоднее атмосферы Нептуна, несмотря на то, что обе планеты богаты водой. Если в слоях воды на Уране, расположенных под атмосферой, содержится больше магния, то эти слои могут блокировать тепло, исходящее из недр планеты, не пуская его в атмосферу, считают авторы.
