Milyen összetételűek a mélyben rejtőző óceánok az Uránusz és a Neptunusz belsejében?

7792

Magnéziumban gazdag víz lehet a Neptunusz és Uránusz mélyebb rétegeiben, sőt akár bizonyos típusú exobolygókon is. A Nature Astronomy tudományos folyóiratban publikált új tanulmány kutatói laboratóriumban alakították ki a bolygók belsejében uralkodó hőmérséklet- és nyomáskörülményeket. A kísérleteknek köszönhetően sokat tudhatunk meg a mélyebb vízrétegeikben zajló kémiai folyamatokról; emellett pedig a vízben gazdag exobolygók óceánjainak összetételéről is.

A Neptunusz és az Uránusz a klasszikus megközelítés szerint különálló, jól megkülönböztethető rétegekből áll, légkörből, jégből vagy folyadékból, egy sziklás köpenyből és fémes magból. Az új tanulmány fókuszában a víz és a kőzet közötti, mélyben zajló potenciális kölcsönhatások vizsgálata áll. A kutatás vezetője, Taehyun Kim (Yonsei University, Dél-Korea) elmondása szerint a kutatással a jégóriások mélyének jobb megismerését, illetve az extrém körülmények között zajló folyamatok megértését célozták.

A Voyager-2 űrszonda felvétele az Uránuszról. A Naptól számított hetedik bolygó, közel négyszer akkora, mint a Földünk, tömegének java részét pedig a sziklás mag feletti sűrű folyadék teszi ki. (Forrás: NASA/JPL)

A kőzetbolygóktól eltérően a jégóriások, valamint bizonyos típusú exobolygók roppant mély vízrétegekkel rendelkeznek. Az új kutatásban azt vizsgálták meg, vajon a bolygó két fő építőelemei (a víz és a kőzetek) tudnak-e atomos skálán keveredni a bolygók belsejében. A szükséges körülmények megteremtéséhez először tipikus kőzetalkotó ásványokat, olivint és ferroperiklászt merítettek vízbe, majd egy speciális, gyémánt keménységű gépben roppant magas nyomás alá helyezték. Az ásványok és a víz közötti kölcsönhatások megfigyeléséhez a mintát lézerrel hevítették, majd röntgen hullámhosszon készítettek méréseket.

A lezajlott kémiai reakciók következtében a vízben magas magnéziumkoncentráció alakult ki. A kísérleti eredmények alapján megállapították, hogy a vízben gazdag bolygókon található óceánok nem feltétlenül egyeznek a földi óceánok összetételével: nagy nyomáson feldúsulhat bennük a magnézium. A kutatás során azt figyelték meg, hogy nagy nyomáson a magnézium jelentősen könnyebben oldódik vízben. Az Uránusz és Neptunusz vízrétegeiben olyannyira oldható lehet, mint a földi óceánokban a só.

A jobb felső sarokban látható “gyémánt-üllő”, valamint egy lézer segítségével érték el az olivinminta kívánt hőmérsékletét és nyomását. A választott körülmények az Uránusz hidrogénből álló légköre alatti, felső vízrétegre jellemzőek. Forrás: (Shim/ASU)

Ezek a jellemzők azt is segíthetnek megmagyarázni, vajon miért sokkal hűvösebb az Uránusz légköre, mint a Neptunuszé, annak ellenére, hogy mindketten vízben gazdag bolygók. Ha az Uránusz vízrétegeiben jóval nagyobb mennyiségben található oldott magnézium, az megakadályozhatja, hogy a bolygó belsejéből kiáramló hő a légkörbe szökjön. A magnéziumban gazdag víz tulajdonképpen egy afféle hőzáró takaróként viselkedhet.

A Naprendszerünkből kilépve az ilyen a magas nyomáson, magas hőmérsékleten végzett kísérletek a szub-Neptunusz típusú exobolygók megértésében is segítenek. Ezek igen gyakori exobolygók, sugaruk vagy tömegük kisebb, mint a Neptunuszé, feltételezhetően pedig sokuk sziklás maggal és vaskos, vízben gazdag réteggel is rendelkezhet. A tanulmány eredményei szerint tehát e bolygók óceánjai eléggé eltérőek lehetnek a Földön ismertektől.

Elektronmikroszkópos felvétel egy olivinmintáról, ahol a nagy, üres üreg mutatja, hol vált ki nagy nyomáson a magnézium, magnézium-oxid formájában. (Forrás: Kim et al.)

Ha valamilyen korai dinamikus folyamat lehetővé tette a hasonló exobolygókon a kőzet-víz kölcsönhatásokat, akkor a legfelső vízréteg magnéziumban gazdag lehet, potenciálisan befolyásolva a bolygó termikus fejlődéstörténetét. A kutatás következő lépésében különféle nagy nyomáson, nagy hőmérsékleten zajló reakciókat terveznek vizsgálni, hogy minél többet megtudhassunk a hasonló bolygók összetételéről.

Forrás: ASU

Hozzászólás

hozzászólás