먼 세계의 깊은 곳에서 무슨 일이?

우리 행성 깊숙이에서 일어나는 물리학과 화학은 우리가 알고 있는 생명체의 존재에 기본입니다. 그러나 먼 세계의 내부에는 어떤 힘이 작용하고 있으며, 이러한 조건은 거주 가능성에 어떤 영향을 미칩니까?

카네기 지구 및 행성 연구소(Carnegie Earth and Planetary Laboratory)가 이끄는 새로운 연구는 실험실 시뮬레이션 방법을 사용하여 크고 암석이 많은 외계 행성의 내부를 이해하는 데 중요한 영향을 미치는 새로운 결정 구조를 밝혀냈습니다. 그들의 연구 결과는 이전에 발표되었습니다. 국립과학원 회보.

Carnegie University의 수석 저자인 Rajkrishna Dutta는 “지구의 내부 역학은 생명체가 번성할 수 있는 지표 환경을 유지하는 데 필수적입니다. 자기장을 생성하고 대기 구성을 형성하는 지오다이너모를 구동합니다.” “초지구형 행성과 같은 크고 암석이 많은 외계행성 깊이의 조건은 훨씬 더 극단적일 것입니다.”

규산염 광물은 지구의 대부분의 지층을 구성하며 밀도 계산에 따르면 다른 암석 행성 내부의 주요 구성 요소로 여겨집니다. 지구에서는 아래의 규산염에서 구조적 변화가 일어납니다. 고압 온도 조건은 상부 맨틀과 하부 맨틀 사이의 경계와 같이 지구 내부 깊숙이 있는 주요 경계를 정의합니다.

Carnegie의 Sally John Tracy, Ron Cohen, Francesca Mussi, Kai Lu 및 Jing Yang, 네바다 대학 라스베이거스의 Pamela Burnley, Argonne 국립 연구소의 Dean Smith 및 Yu Ming 및 Stella Chariton이 포함된 연구팀 그리고 시카고 대학의 Can Vitaly Brakabenka 프린스턴 대학의 Thomas Duffy는 먼 세계의 것을 모방한 조건에서 새로운 형태의 규산염의 출현과 행동을 조사하는 데 관심이 있습니다.

Duffy는 “수십 년 동안 카네기 연구원들은 엄청난 압력과 고온에서 작은 재료 샘플을 배치하여 행성의 내부 조건을 재창조하는 데 앞장서 왔습니다.”라고 말했습니다.

그러나 실험실에서 외계행성의 내부 조건을 재현하는 과학자의 능력에는 한계가 있습니다. 이론적 모델링은 지구 질량의 4배 이상인 암석 외계행성의 맨틀에 존재할 것으로 예상되는 압력 하에서 새로운 규산염 단계의 출현을 나타냅니다. 그러나 이러한 변화는 아직 감지되지 않았습니다.

그러나 게르마늄은 실리콘의 좋은 대안입니다. 두 원소는 유사한 결정 구조를 형성하지만 게르마늄은 더 낮은 온도와 압력에서 화학 상 사이의 전이를 유도하므로 실험실 실험에서 더 잘 제어할 수 있습니다.

마그네슘 화강암, Mg 작업₂지역₄가장 풍부한 맨틀 중 하나와 유사 규산염 광물이 기사에서 팀은 슈퍼지구와 암석이 많은 외계행성의 가능한 광물에 대한 정보를 수집할 수 있었습니다.

정상 대기압의 약 200만 배에서 8개의 산소에 결합된 게르마늄으로 구성된 독특한 결정 구조를 가진 새로운 상이 나타났습니다.

Cohen은 “나에게 가장 흥미로운 것은 두 개의 매우 다른 원소인 마그네슘과 게르마늄이 구조에서 서로를 대체한다는 것입니다.”라고 말했습니다.

주변 조건에서 대부분의 규산염과 게르마늄은 사면체 구조라고 하는 구조로 구성되며, 하나의 중앙 실리콘 또는 게르마늄이 다른 4개의 원자에 결합되어 있습니다. 그러나 극한 상황에서는 이것이 바뀔 수 있습니다.

트레이시는 “극한의 압력 하에서 규산염이 4개가 아닌 6개의 결합에 맞춰진 구조를 취할 수 있다는 발견은 깊은 지구 역학에 대한 과학자들의 이해 측면에서 게임 체인저였습니다.”라고 설명했습니다. “8중 경향의 발견은 우리가 내부 및 외부 행성의 역학에 대해 생각하는 방식에 유사하게 혁명적인 의미를 가질 수 있습니다.”