اقیانوس‌های نپتون و اورانس ممکن است سرشار از منیزیم باشند
مانند نمک موجود در اقیانوس‌های زمین، یک پژوهش تازه بیان می‌کند که اقیانوس‌های اعماق سیاره‌های یخی نپتون و اورانوس می‌توانند غنی از منیزیم باشند.
در حالی که دانشمندان اطلاعات قابل توجهی از سیاره‌های سنگی منظومه‌ی شمسی مانند مریخ و زمین جمع‌آوری کرده‌اند اما درباره‌ی سیارات غنی از آب یخ زده، یعنی نپتون و اورانوس اطلاعات بسیار کمی در دست است.
در مطالعه‌ی تازه‌ای که در نشریه‌ی Nature Astronomy منتشر شده، تیمی از دانشمندان دما و فشار داخلی نپتون و اورانوس را در محیط آزمایشگاهی شبیه‌سازی کردند و با این کار شناخت بیشتری از شیمی لایه‌های عمیق این سیارات به‌دست آوردند. یافته‌های آن‌ها همچنین سرنخی از ترکیبات اقیانوس‌ها در سیاره‌های فراخورشیدی غنی از آب فراهم می‌کند.
معمولا تصور می‌شود که نپتون و اورانوس دارای لایه‌های جداگانه‌ی مشخصی باشند که شامل یک جو، یخ یا مایع، یک گوشته‌ی سنگی و یک هسته‌ی فلزی است. برای این مطالعه‌ی اخیر، تیم پژوهشی به‌ویژه به برهم‌کنش احتمالی میان آب و سنگ در فضای عمیق داخلی علاقه نشان داد.
«تیهون کیم» (Taehyun Kim) از «دانشگاه یونسی» (Yonsei University) کره‌ی جنوبی گفت: «ما از طریق این مطالعه تلاش کردیم تا دانش خود را درباره‌ی فضای عمیق این غول‌های یخی افزایش دهیم و مشخص کنیم که فعل و انفعالات آب-سنگ در شرایط شدید می‌تواند وجود داشته باشد.»
او افزود: «غول‌های یخی و برخی از سیاره‌های فراخورشیدی برخلاف سیاره‌های سنگی دارای لایه‌های آب بسیار ژرفی هستند. بنابراین از دید ما در این لایه‌های درونی احتمال مخلوط شدن دو ماده‌ی سازنده‌ی سیاره یعنی آب و سنگ در مقیاس اتمی وجود دارد.»
برای ایجاد شرایط مشابه لایه‌های عمیق آب روی نپتون و اورانوس در آزمایشگاه، پژوهشگران ابتدا مواد معدنی معمولی سنگ‌ساز، الیوین (Olivine) و فروپریکلاز (Ferropericlase) را در آب غوطه‌ور و سپس نمونه را در یک سندان آزمایش فشرده کردند. در نهایت برای بررسی واکنش میان مواد معدنی و آب، در حالی که با لیزر نمونه را تا دمای بالا گرم کردند، اندازه‌گیری‌های پرتو ایکس انجام دادند.
واکنش شیمیایی حاصل، منجر به غلظت بالای منیزیم در آب شد. طبق یافته‌ها، این تیم نتیجه گرفت که اقیانوس‌های موجود در سیاره‌های پر آب، ممکن است ویژگی‌های شیمیایی اقیانوس‌های زمین را نداشته باشند و فشار زیاد باعث می‌شود که این اقیانوس‌ها سرشار از منیزیم باشند.
تصویر میکروسکوپ الکترونی از نمومنه‌ی الیوین که منیزیم در دما و فشار بالا در حفره‌ای به صورت منیزیم اکساید رسوب کرده است.
Credit: Kim et al.
«سانگ-هئون دن شیم» (Sang-Heon Dan Shim) از نویسندگان این مقاله از دانشگاه ایالتی آریزونا گفت: «ما دریافتیم که حل شدن منیزیم در آب در فشارهای زیاد افزایش می‌یابد. در حقیقت منیزیم ممکن است به اندازه‌ی نمک موجود در اقیانوس زمین، در لایه‌های آب اورانوس و نپتون حل شود.»
این ویژگی‌ها همچنین ممکن است به حل این معما کمک کنند که چرا جو اورانوس بسیار سردتر از نپتون است در حالی که هر دو سیاره غنی از آب هستند. اگر منیزیم بسیار بیشتری در لایه‌های آب اورانوس زیر اتمسفر وجود داشته باشد، می‌تواند از خروج گرما از فضای داخلی به جو جلوگیری کند. به گفته‌ی شیم «این آب غنی از منیزیم می‌تواند ماند یک پتوی گرمایی برای فضای داخلی سیاره عمل کند.»
این آزمایش‌های فشار و دمای بالا همچنین می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا درک بهتری از سیاره‌های خارج از منظومه‌ی شمسی با شعاع یا جرم کمتر از نپتون داشته باشند. سیارات زیر-نپتونی (sub-Neptune) متداول‌ترین نوع سیاره‌های فراخورشیدی هستند که تاکنون شناسایی شده‌اند. به گفته‌ی دانشمندان ممکن است بسیاری از این نوع سیارات فراخورشیدی، دارای لایه‌ی غنی از آب با فضای داخلی سنگی باشند.
اکنون این مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که اقیانوس‌های عمیق این سیارات فراخورشیدی بسیار متفاوت از زمین هستند و ممکن است غنی از منیزیم باشند. شیم خاطرنشان کرد: «اگر یک فرآیند اولیه بتواند واکنش آب و سنگ را در این سیارات فراخورشیدی فراهم کند، بالاترین لایه‌ی آب ممکن است غنی از منیزیم باشد و احتمالا بر تاریخ گرمایی سیاره اثرگذار است.»
این تیم پژوهشی امیدوار است برای گام‌های بعدی آزمایش‌های فشار و دمای بالا را تحت شرایط متفاوتی ادامه دهد تا درباره‌ی ترکیب این نوع سیارات بیشتر بیاموزد. به گفته‌ی کیم: «این آزمایش طرحی را برای کشف بیشتر پدیده‌های ناشناخته در غول‌های یخی در اختیار ما قرار می‌دهد.»
عکس کاور: طرحی از شبیه‌سازی دما و فشار بالای لایه‌های عمیق اورانوس و نپتون در شرایط آزمایشگاهی که به تولید منیزیم می‌انجامد.
Credit: Shim/ASU
منبع: Phys.Org
