Суперземли могут иметь сильное магнитное поле

Хотя ядро «суперземель» из-за слишком высокого давления не способно обеспечивать работу магнитного динамо, как у Земли, магнитное поле у них всё же возможно: оказывается, оксид магния, в земных условиях твёрдый, в их мантии должен быть жидким.

Многие астрономы считают большинство «суперземель» безжизненным, поскольку у них нет важнейших компонентов магнитного динамо, порождающего магнитное поле (которое защищает, к примеру, Землю). Причина этого, предположительно, в слишком большом давлении в ядре, исключающем для него гидродинамическое поведение, равно как и эффективную тепловую конвекцию. Поэтому, теоретизируют некоторые, поверхностность «суперземель» будет принимать огромные дозы космической радиации, и сложная жизнь там невозможна чисто технически.

Эксперимент с ударным лазерным воздействием позволил выяснить, как оксид магния при соответствующих давлении и температуре становится жидкостью с металлическими свойствами. (Фото Eugene Kowaluk / Laboratory for Laser Energetics / University of Rochester.

Но есть и другие факты, и они дезавуируют веру в жёсткую связь между магнитным полем земной силы и сложной жизнью. Оказывается, всего 40 тыс. лет назад как минимум пара разумных видов приматов, включая наш собственный, пережила период длительного падения интенсивности магнитного поля Земли. Причём падение было двадцатикратным, что обеспечило космической радиации прямой доступ к планете. Между тем сложные формы жизни, если считать таковой человека, не продемонстрировали своей теоретически декларируемой уязвимости.

Открытие группы химиков под руководством Стюарта Макуильямса (Stewart McWilliams) из Университета Говарда в Вашингтоне (США) ставит под сомнение тезис о безжизненности «суперземель». Учёным удалось провести эксперимент, в котором оксид магния изменил структуру своей молекулы с обычной (как у поваренной соли), когда каждый ион магния прилегает к шести ионам кислорода, на характерную для хлорида цезия — с восемью ионами кислорода, прилегающими к каждому иону магния. Да, для этого пришлось создать давление в 0,44 ТПа и температуру в 9 000 К, но под поверхностью «суперземель» давление и температура вполне могут (и должны) достигать и более высоких значений. Что интересно, при 14 000 К и 0,65 ТПа оксид магния стал жидкостью с металлическими свойствами. Для достижения экстремальных параметров он облучался импульсами лазерного излучения.

Кстати, коль скоро «суперземли» могут иметь в мантии жидкий слой, то вряд ли мы запретим им пользоваться внутренней конвекцией и тектоникой плит... (Иллюстрация ESO.)

Для теоретиков это не стало сюрпризом: они предсказывали изменение структуры молекулы и появление состояния жидкости с металлическими свойствами, причём примерно при тех же температурах. Однако теория сама по себе не могла служить железным аргументом в споре об астробиологической ценности «суперземель». А эксперимент смог. Железное ядро, основной элемент магнитного динамо на Земле и Меркурии, на «суперземлях» действительно не способно быть основным элементом системы магнитной защиты всего живого. Но такое массовое для планет земной группы вещество, как оксид магния, в условиях недр «суперземель» неизбежно приобретёт свойства, которые сделают мантию отличным заменителем земного ядра, подчёркивает г-н Макуильямс.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам Chemistry World.