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Die Studie bietet detaillierte Einblicke in die Chemie tiefer Wasserschichten in Neptun und Uranus

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Bisher ist es Wissenschaftlern gelungen, detaillierte Kenntnisse über die felsigen Planeten in unserem Sonnensystem zu erlangen, über die wasserreichen Eisplaneten Neptun und Uranus ist jedoch wenig bekannt.

In traditionellen Modellen dieser Planeten befindet sich eine dicke, wasserreiche Schicht unter einem separaten felsigen Innenraum. Es wird erwartet, dass Neptun und Uranus spezielle getrennte Schichten aufweisen, einschließlich einer Atmosphäre, Schnee oder Flüssigkeit, einer groben Kappe und eines metallischen Kerns.

In einer neuen Studie wollten Wissenschaftler mögliche Wechselwirkungen zwischen Wasser und Gesteinen im tiefen Inneren von Neptun und Uranus verstehen. Dazu haben sie im Labor die Temperatur und den Druck der inneren Teile von Neptun und Uranus neu konfiguriert.

Die Studie liefert ein besseres Verständnis der Tiefwasserchemie dieser Planeten. Es liefert auch Hinweise auf die Bildung von Ozeanen auf wasserreichen Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems.

Der Hauptautor Taehyun Kim von der Yonsei-Universität in Südkorea sagte: Im Gegensatz zu terrestrischen Planeten haben Eisriesen und einige äußere Planeten sehr tiefe Wasserschichten. Wir haben die Möglichkeit der atomaren Vermischung zweier planetarischer Baumaterialien (Wasser und Gesteine) in den inneren Teilen der Eisriesen vorgeschlagen. “

Um die Bedingungen der tiefen Wasserschichten auf Neptun und Uranus in der Forschungseinrichtung nachzuahmen, tränkte die Gruppe hauptsächlich die Expressmineralien, aus denen die Gesteine ​​bestehen. Olivine, Und der Ferroperclase In Wasser und Probendruck unter extrem hohem Druck in Diamond-Anvil. Um die Wechselwirkung zwischen Metallen und Wasser zu untersuchen, nahmen sie Röntgenschätzungen vor, während sie die Probe mit einem Laser auf eine höhere Temperatur erhitzten.

Das elektronenmikroskopische Bild der Olivinprobe zeigt die Struktur einer großen leeren Kuppel, in der unter Hochdruckwasser Magnesium als Magnesiumoxid ausfällt. Bildnachweis: Kim et al.

Die resultierende chemische Reaktion führt zu hohen Magnesiumkonzentrationen im Wasser. Die Ergebnisse zeigen, dass Ozeane auf wasserreichen Planeten möglicherweise keine ähnlichen Eigenschaften wie der Ozean der Erde haben. Es zeigt auch an, dass der hohe Druck diese Ozeane reich an Magnesium macht.

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Die Studie wurde von Sang-hyun Dan Shim vom College of Earth and Space Exploration der Arizona State University mitverfasst Er sagteUnd der “Wir haben festgestellt, dass Magnesium bei höherem Druck in Wasser löslicher wird. Magnesium kann in Wasserschichten in Uranus und Neptun genauso löslich werden wie das Salz in der Nähe der Erde.”

Diese Eigenschaften können auch dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, warum Uranus ‘Atmosphäre kühler ist als die von Neptun, obwohl beide wasserreiche Planeten sind. Wenn sich unter der Atmosphäre zu viel Magnesium in der Wasserschicht von Uranus befindet, kann verhindert werden, dass Wärme aus dem Inneren in die Atmosphäre entweicht. “”

“Dieses magnesiumreiche Wasser kann eine Wärmedecke für den inneren Teil des Planeten sein.”

“Wenn ein früher dynamischer Prozess eine Wechselwirkung zwischen Gesteinen und Wasser in diesen Exoplaneten ermöglichte, könnte die obere Wasserschicht reich an Magnesium sein, was die thermische Geschichte des Planeten beeinflussen könnte.”

In Zukunft möchten Wissenschaftler ihre Experimente unter verschiedenen Bedingungen fortsetzen, um mehr über die Planetenbildung zu erfahren.

Weitere Mitautoren dieser Studie sind Stella Chariton und Vitaly Brakapinka von der University of Chicago. Anna Pakhomova und Hans Peter Lerman vom Deutschen Elektronen Synchrotron; Zhangxian Liu von der University of Illinois in Chicago; Sergio Spizzialli vom Deutschen Geowissenschaftlichen Forschungszentrum; Yongjae Lee von der Yonsei University, Südkorea.

Zeitschriftenreferenz:
  1. Kim, T., Chariton, S., Prakapenka, V. et al. Mischen auf atomarer Ebene zwischen MgO und H2O in den tiefen Innenräumen wasserreicher Planeten. Nat Astron (2021). DOI: 10.1038 / s41550-021-01368-2

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