Американские исследователи изучили поведение расплавленного железа при экстремальных давлениях, встречающихся в ядрах планет земного типа с твердой поверхностью, что чрезвычайно важно с точки зрения генерации магнитных полей подобных планет. Для этого группа специалистов из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии вместе с учеными ряда американских университетов использовала высокоэнергетические лазеры Национального комплекса лазерных термоядерных реакций NIF и получила графики зависимости свойств железного расплава от температуры при давлениях до 1000 гигапаскалей (почти 10 млн атмосфер), что в три раза превышает давление внутри центрального ядра Земли и почти в четыре раза превосходит предыдущие экспериментальные достижения. Статья об этом опубликована в журнале Science .
Давления и температуры, при которых железо остается расплавленным, важны с точки зрения описания возможных размеров жидкометаллических ядер, находящихся в центрах крупных скалистых планет, способных генерировать мощные магнитные поля. Эти поля, которые, согласно доминирующей сейчас теории магнитного динамо, возникают при движении проводящей жидкости внутри планетных ядер, необходимы для того, чтобы защищать от высокоэнергетических заряженных космических частиц животных и растения, обитающих на таких планетах, а также предотвращать разрушение атмосферных молекул.
Согласно новому исследованию, жидкометаллические ядра должны сохраняться дольше всего у экзопланет земного типа — так называемых суперземель, — масса которых в четыре-шесть раз превышает массу Земли. «Из-за большого количества железа в недрах скалистых планет нам важно изучать свойства и поведение этого металла в экстремальных условиях центральных ядер самых массивных земноподобных планет, — объясняет Рик Краус, физик из Ливерморской национальной лаборатории. — Кривая плавления железа имеет решающее значение для понимания внутренней структуры, тепловой эволюции, а также потенциала магнитосфер, генерируемых с помощью эффекта магнитного динамо».
Наличие мощной магнитосферы считается важнейшим критерием пригодности для жизни планет земной группы. Согласно теории геодинамо, магнитное поле Земли генерируется в процессе конвекции материала во внешней части ядра, состоящего из жидкого железа, которое окружает внутреннее твердое железное ядро и сохраняет свое расплавленное состояние благодаря теплу земных недр — в основном, за счет распада сохраняющихся радиоактивных элементов. Полученные экспериментальные данные не только позволяют сделать вывод, что самую длительную работу динамо обеспечивают суперземли массой в 4-6 раз больше массы Земли, но и говорят о том, что затвердевание в таких экстремальных условиях происходит чрезвычайно быстро, занимая считанные наносекунды, что позволяет наблюдать четко выраженную границу фазового перехода.