Aναπαραγωγή των συνθηκών σχηματισμού πλανητών σε πειράματα με λέιζερ

Με σκοπό να οδηγήσει στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι γίγαντιοι πλανήτες σχηματίζονται, οι ερευνητές πειραματικά αναδημιούργησαν τις συνθήκες που επικρατούν βαθιά μέσα στους γιγάντιους πλανήτες, όπως ο Δίας, ο Ουρανός και πολλοί άλλοι πλανήτες που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα έξω από το ηλιακό μας σύστημα.Τα πειράματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να μετρήσουν με ακρίβεια τις ιδιότητες του υλικού που ελέγχει τον τρόπο που οι πλανήτες αυτοί εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου.

Χρησιμοποιώντας τεχνικές συμπίεσης που βασίζονται σε λέιζερ, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Livermore (LLNL) στις ΗΠΑ και στα πανεπιστήμια του Μπέρκλεϊ και του Μπαϊρόιτ αναπαρήγαγαν τις συνθήκες που επικρατούν κατά τον σχηματισμό των γήινων πλανητών, όπως επίσης και στο εσωτερικό των Υπερ-Γαιών και τους γιγάντιων πλανητών. Τα πειράματα, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science, αποκαλύπτουν τις ασυνήθιστες ιδιότητες του οξειδίου του πυριτίου –βασικού συστατικού των πετρωμάτων– στις υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες που επικρατούν κατά τη δημιουργία ενός πλανήτη και στην εξέλιξη της εσωτερικής δομής του.

Με τη χρήση λέιζερ, ο φυσικός του LLNL Μάριους Μίλοτ και οι συνάδελφοί του από τις ΗΠΑ και τη Γερμανία κατάφεραν να συμπιέσουν και να μετρήσουν τη θερμοκρασία δειγμάτων οξειδίου του πυριτίου σε 5 εκατομμύρια ατμόσφαιρες, δηλαδή 5 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη πίεση από αυτήν που επικρατεί στην επιφάνεια της Γης και συγκρίσιμη με τις συνθήκες στο εσωτερικό των υπερ-Γαιών, στο σημείο όπου ο πυρήνας τους γειτνιάζει με τον μανδύα. Παρόμοιες συνθήκες επικρατούν επίσης στις βίαιες συγκρούσεις αστεροειδών και κομητών σε έναν πλανήτη, στα τελευταία στάδια της δημιουργίας του.

«Στο εσωτερικό των πλανητών, η ακραία πυκνότητα, πίεση και θερμοκρασία αλλάζουν δραστικά τις ιδιότητες των υλικών», αναφέρει ο Μίλοτ στο σάιτ του LLNL. «Η θερμότητα που μπορούν να απορροφήσουν τα στερεά υπό πίεση μέχρι να λιώσουν, που είναι ένας καθοριστικός παράγοντας για τον προσδιορισμό της εσωτερικής δομής ενός πλανήτη, μπορούν σήμερα να μετρηθούν άμεσα στο εργαστήριο».Σε συνδυασμό με προηγούμενες μελέτες για το σημείο τήξης άλλων οξειδίων και του σιδήρου, τα νέα δεδομένα υποδεικνύουν πως τα πυριτικά οξείδια του μανδύα και ο μεταλλικός πυρήνας έχουν παρόμοια σημεία τήξης πάνω από τα 3 εκατομμύρια ατμόσφαιρες, υποδεικνύοντας ότι ίσως όλοι οι μεγάλοι βραχώδεις πλανήτες διαθέτουν ωκεανούς μάγματος στο υπέδαφός τους. Σε αυτό το στρώμα μπορούν να δημιουργηθούν  μαγνητικά πεδία.«Επιπλέον, η έρευνά μας δείχνει πως πιθανότατα είναι στερεός ο πυρήνας αέριων γιγάντων όπως του Ποσειδώνα, του Ουρανού ή του Κρόνου.  Μια ανακάλυψη που δημιουργεί νέα δεδομένα για μελλοντικά βελτιωμένα μοντέλα τα οποία θα περιγράφουν τη δομή και την εξέλιξη των ουράνιων σωμάτων αυτής της κατηγορίας», επισημαίνει ο φυσικός. Η έρευνα έγινε εφικτή από τη στιγμή που οι ερευνητές κατάφεραν να συνθέσουν στο εργαστήριο στισοβίτη, μια μορφή οξειδίου του πυριτίου υψηλής πυκνότητας, το οποίο συνήθως υπάρχει σε μικρές ποσότητες σε κρατήρες από τη σύγκρουση μετεωριτών. «Ο στισοβίτης διατηρεί τη θερμοκρασία του χαμηλότερη όταν συμπιέζεται, γεγονός που μας επέτρεψε να μετρήσουμε σημεία τήξης σε μεγαλύτερη πίεση», σημειώνει ο Μίλοτ.Οι 1.000 και πλέον εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί έως σήμερα δείχνουν πως όλοι αυτοί οι «συγγενείς» της Γης έχουν μεγάλη ποικιλία σε μεγέθη και ιδιότητες. Χρησιμοποιώντας την ικανότητα αναπαραγωγής στο εργαστήριο των ακραίων συνθηκών που επικρατούν είτε στο εσωτερικό τους είτε κατά το σχηματισμό τους, οι επιστήμονες ελπίζουν πως θα συμβάλουν στην πληρέστερη κατανόηση δημιουργία της Γης,  αλλά και της προέλευσης της ζωής