По мере того, как астрономы продолжают обнаруживать все новые скалистые планеты вокруг далеких звезд, физики пытаются в лабораторных условия «заглянуть» в их недра и предсказать, чем их химический состав отличается от земного. Новое исследование, проведенное учеными из Института науки Карнеги, показывает, что в сравнении с Землей в состав других планет может входить гораздо больше соединений магния. Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Scientific Report.

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

Звезды, вокруг которых вращаются твердые планеты, как известно, разнятся по своему химическому составу. Это также может означать и то, что минеральный состав твердых планет отличается друг от друга и от минерального состава нашей Земли. Так, 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, остается на удивление стабильным соединением даже при очень высоких давлениях. Он не реагирует на условия, обнаруженные в нижней мантии Земли. Что же касается перекиси магния, MgO2, то данное соединение может быть создано 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 на то, что пероксид магния не вступает в химические реакции в условиях высокого давления. Проверяя данную гипотезу, команда исследователей решила проверить, можно ли синтезировать стабильное соединение пероксида магния в экстремальных условиях, имитирующих условия недр планеты.

С помощью аппарата высокого давления с алмазными наковальнями и лазерным нагревом, исследователи подвергли образцы оксида магния и кислорода воздействию давления от нормального атмосферного до такого, которое в 1,6 миллионов раз превосходит данный показатель (от 0 до 160 ГПа). Также образцы были нагреты до температуры выше 3140 градусов по Фаренгейту. Ученые обнаружили, что при давлении 96 ГПа, что примерно в 950 000 раз выше нормального атмосферного давления, и при температуре 3 410 градусов по Фаренгейту оксид магния реагирует с кислородом, в результате чего образуется пероксид магния.

«Полученные нами 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», - говорит Лобанов, ведущий автор исследования. «Когда мы разрабатываем теории о далеких планет, важно не отождествлять их химический и минеральный состав с земным». 

Из-за своей химической инертности, соединение MgO в экспериментальных моделях давно используется в качестве проводника, который передает тепло и давление. «Однако новые данные о его химической активности под воздействием высокого давления означают, что результаты экспериментов с использованием MgO должны быть пересмотрены», - добавляет Гончаров.

Источник