Океанические миры: их маленькое, но важное отличие от Земли
Вода — необходимое, но вовсе не достаточное условие для возникновения жизни на экзопланете. Четверть миров, недавно исследованных во Млечном Пути, потенциально содержат воду. Однако ученые не спешат с выводами. Что же до планет, поверхность которых полностью покрыта одним сплошным океаном? Может ли подобная среда быть пригодной для обитания? Если да, то какая жизнь есть в подобных уголках Вселенной?
Далекие планеты и их спутники пока недоступны для детального изучения. Телескопам, зондам и космическим аппаратам с роботами-исследователями на борту до них не добраться. Поэтому ученые моделируют параметры экзопланет в земных лабораториях. Подобные тщательно продуманные эксперименты уже не раз меняли взгляды исследователей на методы поиска жизни за пределами голубой планеты. Так, моделирование содержания соединений серы в атмосферах других миров показало совершенно неожиданные результаты.
Теперь ученые из Университета штата Аризона решили воссоздать в лаборатории границу между океаном экзопланеты и спрятанной под ним сушей. Поразительные результаты их работы опубликованы в Известиях Национальной академии наук США (PNAS).
Дэн Шим, руководитель работы, давно очарован геологией далеких водных миров. Огромные толщи воды должны создавать на дне давления и температуры экстремальной величины. Шим решил выяснить, что произойдет с границей раздела воды и суши при таких условиях. Образцы диоксида кремния — главного компонента почти всех горных пород на Земле, были сжаты в алмазных наковальнях и нагреты лазерным излучением.
В наковальне образец фиксируется между вершинами двух алмазов конической формы, которые в определенный краткий момент с обеих сторон бьют по нему. Сила удара позволяет достичь давления в несколько миллионов атмосфер. Для эксперимента Шима хватило давления в 30 гигапаскалей — это примерно в 300 тысяч раз больше атмосферного. Нужную величину команда выбрала, ориентируясь на массы и плотности известных экзопланет.
Сжатый образец нагревается инфракрасным лазером с толщиной луча меньше размера клетки крови человека. Температура, получаемая таким способом, достигает тысяч градусов по Цельсию. Рассчитать требуемую температуру для опыта не так просто, как давление. Температура зависит от внутреннего тепла планеты, количества радиоактивных изотопов, которые нагревают поверхность в процессах распада. Поэтому Шим проводил исследования при различных температурах.
Ключевым этапом подобных экспериментов является диагностика. Рентгеновское излучение, распространяющееся в пространстве со скоростью света, позволяет «уловить» нужный момент. Мощность диагностического луча при этом достаточная, чтобы успешно миновать плотные алмазные части установки и прозондировать лишь образец. Разрешение позволяет рассмотреть мельчайшие детали.
Снимки изменений структуры атомных кристаллических решеток в образце показали, что при достаточном давлении и количестве тепла граница между камнем и водой становится размытой. Новая переходная фаза оказалась совершенно не такой прочной, как на Земле.
Ключевое открытие может изменить методы моделирования экзопланет, а также даст иные представления о том, как жизнь могла развиваться в подобных мирах. «Это отправная точка для анализа химических процессов на этих планетах», — поделился Шим.