Химический состав далеких планет может отличаться от земного

Новая работа команды из трех ученых из Института науки Карнеги показывает, что в состав других планет может входить гораздо больше соединений магния по сравнению с Землей. Работа была опубликована в научном журнале Scientific Report.

Кислород и магний являются двумя наиболее распространенными элементами в мантии Земли. Однако, по мнению Сергея Лобанова, Николаса Холтгрю (Nicholas Holtgrewe) и Александра Гончарова из Карнеги, когда ученые пытаются предугадать химический состав скалистых планет земной группы за пределами нашей Солнечной системы, они не должны считать, что мантия других скалистых планет имеет схожий состав с земной.

Звезды, вокруг которых вращаются твердые планеты, как известно, разнятся по своему химическому составу. Это означает и то, что минеральный состав твердых планет отличается друг от друга и от минерального состава нашей Земли. Например, в некоторых звездах, вокруг которых имеются скалистые планеты, было обнаружено повышенное содержание кислорода. Таким образом, кислород может присутствовать в большем количестве и в составе скалистых экзопланет, поскольку химический состав звезды влияет на химический состав планет, сформированных вокруг нее. Если планета более окислена в сравнении с Землей, то это может также повлиять и на состав соединений, находящихся в ее недрах, в том числе соединений магния, которые являются предметом нового исследования.

Оксид магния, MgO, как известно, на удивление, стабилен даже при очень высоких давлениях. И он не реагирует на условия, обнаруженные в нижней мантии Земли. В то время как перекись магния, MgO2, может быть создана в лабораторных условиях с использованием высоких концентраций кислорода, однако оно является крайне неустойчивым при нагревании, которое неизбежно в условиях недр планет.

Предыдущие теоретические расчеты указывали, что пероксид магния остается стабильным в условиях высокого давления. Проверяя эту гипотезу, команда исследователей решила проверить, можно ли синтезировать стабильное соединение пероксида магния в экстремальных условиях, имитирующих условия недр планеты.

Используя лазерный нагрев с алмазными наковальнями, исследователи подвергли образцы оксида магния и кислорода воздействию давления от нормального атмосферного до такого, которое в 1,6 миллионов раз превосходит данный показатель (0-160 ГПа). Также образцы были нагреты до температуры выше 3 140° F. Они обнаружили, что при давлении 96 ГПа, что примерно в 950 000 раз выше нормального атмосферного давления, и при температуре 3 140° F оксид магния реагирует с кислородом, образуя пероксид магния.

"Наши результаты показывают, что пероксид магния может присутствовать в больших количества в мантиях и ядрах скалистых планет с большим содержанием кислорода, расположенных за пределами нашей Солнечной системы", сказал Лобанов, ведущий автор исследования. "Когда мы разрабатываем теории о далеких планетах, важно не считать их химический и минеральный состав схожим с земным".