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    Gli scienziati guidano lo studio dei mondi acquatici delle galassie

    Per misurare le strutture cristalline su scala atomica ad alta pressione e temperatura, una cella a incudine diamantata con un campione è allineata con un raggio di raggi X (linea blu) e raggi laser (aree arancioni). I raggi laser riscaldano il campione a migliaia di kelvin di temperatura. Il piccolo rettangolo rosso/grigio racchiuso tra le incudini di diamante è il campione. Attestazione:Dan Shim/ASU

    Le osservazioni astrofisiche hanno dimostrato che gli esopianeti ricchi di acqua simili a Nettuno sono comuni nella nostra galassia. Si ritiene che questi "mondi d'acqua" siano ricoperti da uno spesso strato d'acqua, centinaia o migliaia di miglia di profondità, sopra un manto roccioso.

    Mentre gli esopianeti ricchi di acqua sono comuni, la loro composizione è molto diversa dalla Terra, quindi ci sono molte incognite in termini di struttura di questi pianeti, composizione e cicli geochimici.

    Nel cercare di saperne di più su questi pianeti, un team internazionale di ricercatori, guidato dall'Arizona State University, ha fornito uno dei primi studi di laboratorio di mineralogia per esopianeti ricchi di acqua. I risultati del loro studio sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

    "Lo studio delle reazioni e dei processi chimici è un passo essenziale verso lo sviluppo di una comprensione di questi comuni tipi di pianeti, " ha detto il co-autore Dan Shim, della Scuola di Esplorazione della Terra e dello Spazio dell'ASU.

    La congettura scientifica generale è che l'acqua e la roccia formino strati separati all'interno dei mondi acquatici. Perché l'acqua è più leggera, sotto lo strato d'acqua nei pianeti ricchi d'acqua, dovrebbe esserci uno strato roccioso. Però, l'estrema pressione e temperatura al confine tra l'acqua e gli strati rocciosi potrebbe cambiare radicalmente i comportamenti di questi materiali.

    Per simulare questa alta pressione e temperatura in laboratorio, l'autrice principale e ricercatrice Carole Nisr ha condotto esperimenti presso lo Shim's Lab for Earth and Planetary Materials dell'ASU utilizzando celle a incudine di diamante ad alta pressione.

    In una cella a incudine di diamante, due diamanti monocristallo di qualità gemma vengono modellati in incudini (parte superiore piatta nella foto) e quindi affrontati l'uno con l'altro. I campioni vengono caricati tra i culets (superfici piane), quindi il campione viene compresso tra le incudini. Attestazione:Dan Shim/ASU

    Per il loro esperimento, il team ha immerso la silice nell'acqua, compresso il campione tra i diamanti ad una pressione molto alta, quindi riscaldato il campione con raggi laser a oltre qualche migliaio di gradi Fahrenheit.

    Il team ha anche condotto il riscaldamento laser presso l'Argonne National Laboratory in Illinois. Per monitorare la reazione tra silice e acqua, Le misurazioni a raggi X sono state effettuate mentre il laser riscaldava il campione ad alte pressioni.

    Quello che hanno trovato è stata una nuova fase solida inaspettata con il silicio, idrogeno e ossigeno insieme.

    "Originariamente, si pensava che gli strati di acqua e roccia nei pianeti ricchi di acqua fossero ben separati, " Nisr ha detto. "Ma abbiamo scoperto attraverso i nostri esperimenti una reazione precedentemente sconosciuta tra acqua e silice e la stabilità di una fase solida approssimativamente in una composizione intermedia. La distinzione tra acqua e roccia sembrava essere sorprendentemente "sfocata" ad alta pressione e ad alta temperatura".

    I ricercatori sperano che questi risultati possano far progredire le nostre conoscenze sulla struttura e sulla composizione dei pianeti ricchi di acqua e sui loro cicli geochimici.

    "Il nostro studio ha importanti implicazioni e solleva nuove domande per la composizione chimica e la struttura degli interni degli esopianeti ricchi di acqua, " ha detto Nisr. "Il ciclo geochimico per i pianeti ricchi di acqua potrebbe essere molto diverso da quello dei pianeti rocciosi, come la Terra".


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