«Запрещенные» химией соединения могут содержаться в недрах суперземель

Gliese 832с в представлении художника. Иллюстрация: Radialvelocity/Wikipedia

Ученые с помощью математического моделирования «заглянули» в недра суперземель — планет с твердой поверхностью, чья масса в несколько раз выше массы Земли, — и выяснили, что в них могут существовать соединения, «запрещенные» классической химией.

«Их свойства очень сильно отличаются от обычных соединений магния, кислорода и кремния — многие являются проводниками или полупроводниками. Это важно для генерации магнитных полей на этих планетах. Поскольку магнитные поля генерируются конвекцией электрически проводящего вещества планетных недр, высокая проводимость может означать более мощное магнитное поле», — пояснил профессор Сколтеха и заведующий Лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ Артем Оганов.

Эти вещества могут ускорять теплоперенос и усиливать магнитное поле таких планет. В свою очередь, более сильное магнитное поле означает более мощную защиту от космической радиации, а значит, и более благоприятные условия для живых организмов.

Авторы исследования — группа из МФТИ под руководством Артема Оганова. Ранее Оганов и его коллеги с помощью созданного Огановым алгоритма USPEX открыли новые соединения натрия и хлора, а также другие экзотические вещества.

В новой работе они попытались выяснить, какие соединения могут образовывать кремний, кислород и магний при высоких давлениях. «Планеты земного типа состоят из тонкой силикатной коры, силикатно-оксидной мантии, которая у Земли составляет примерно 7/8 объема и состоит более чем на 90% из силикатов и оксида магния, и железного ядра. Можно сказать, что магний, кислород и кремний являются основой химии Земли и планет земного типа», — сказал Оганов, чьи слова приводятся в пресс-релизе.

С помощью алгоритма USPEX ученые исследовали различные структурные композиции кремния, кислорода и магния, которые могут возникать в диапазоне давлений от 5 до 30 миллионов атмосфер. Такое давление может существовать в недрах суперземель. Таких планет нет в Солнечной системе, однако астрономам известны планеты у других звёзд, которые «не дотягивают» по массе до газовых гигантов, но существенно тяжелее Земли. К ним относятся, например, недавно открытая Gliese 832с, которая в пять раз тяжелее Земли или суперземля Kepler-10c — ее масса в 17 раз больше земной.

Результаты компьютерного моделирования показали, что в недрах таких планет могут существовать «экзотические» соединения MgSi3O12 и MgSiO6. В них гораздо больше атомов кислорода, чем в нашем «земном» минерале энстатите (MgSiO3). Кроме того, MgSi3O12 — металлический оксид, это проводник, в то время как остальные вещества, состоящие из атомов кремния, кислорода и магния, — диэлектрики или полупроводники.

Также были предсказаны новые оксиды магния и кремния, не вписывающиеся в правила классической химии, — SiO, SiO3 и MgO3, в дополнение к предсказанным Огановым ранее при более низких давлениях MgO2 и Mg3O2.

Моделирование также позволило ученым выяснить, какие реакции распада при сверхвысоких давлениях суперземель испытывает MgSiO3 — пост-перовскит. От этого зависят границы слоев в мантии и их динамика, в частности скорость перемещения литосферных плит на планете. На Земле, благодаря тому что земные континенты перемещаются, «плавая» на поверхности мантии, есть вулканизм и атмосфера.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Теги:

Читать еще на Чердаке: