درک جدیدی از هسته سیاره های سنگلاخی بزرگ با اعمال فشار بوسیله لیزر بر روی آهن

درک جدیدی از هسته سیاره های سنگلاخی بزرگ با اعمال فشار بوسیله لیزر بر روی آهن
 
شکل- لیزرهای[1] NIFبر روی یک نمونه آهن چند پله ای[2] که در مرکز یک محفظه هدف با قطر 10 متر قرار گرفته است، متمرکز شده اند. این آزمایش ها معادله حالت آهن را تحت شرایط هسته سیاره های سنگلاخی بزرگ محاسبه می کند.

محققین آزمایشگاه ملی لیورمور لارنس[3] (LLNL) از ایالت کالیفرنیا، دانشگاه پرینستون ایالت نیوجرسی، دانشگاه جان هاپکینز ایالت ماری لند، و دانشگاه راچستر ایالت نیویورک، نخستین آزمایش را بر اساس رابطه تجربی جرم-شعاع برای یک سیاره آهنی خالص فرضی در شرایط هسته فرا زمینی ترتیب داده اند [1].

این کشف می تواند در ارزیابی فضای ترکیبی محتمل برای سیاره های سنگلاخی بزرگ که در آینده پایه و اساس مدل های درون سیاره ای را شکل می دهد، استفاده شود. این یافته ها همچنین می توانند در تفسیر با دقت بالای داده های مشاهداتی بدست آمده از مأموریت فضاپیمای کپلر و شناسایی سیاره های مناسب برای سکونت بکار روند.
از بیش از ۴۰۰۰ سیاره خارج از منظومه شمسی که وجودشان اثبات شده است، آن هایی که شعاعشان از یک تا چهار برابر شعاع زمین است تعدادشان بیشتر از همه است. این محدوده بزرگی که فاصله بین زمین و نپتون را پوشش می دهد، تنها در منظومه شمسی ما وجود ندارند. بنابراین این مشخص می کند که سیاره ها از لحاظ فیزیکی بزرگتر از آن چیزی که در گذشته گمان می شدند، هستند.
از آنجایی که فشار هسته برای حتی سیاره ای با جرم ۵ برابر زمین می تواند به مقدار ۲ میلیون اتمسفر برسد، بنابراین با استفاده از تجهیزات خاصی برای تحت فشار قرار دادن ترکیب سیاره و ساختار داخلی آن می توان ویژگی های دقیق مواد را در فشار بینهایت تعیین کرد. آهن (Fe) که یک عنصر شیمیایی فراوان در گیتی و بعنوان ماده اصلی هسته سیاره خاکی است، نقش کلیدی در مطالعات درون زمینی دارد. درک جزئیات ویژگی های آهن در شرایط ماورای زمینی مؤلفه اساسی این تیم آزمایشگاهی است.

فشرده سازی رمپ[4]
محققین، نسل جدید آزمایش های لیزر توان بالا را که از تکنیک فشرده سازی رمپ در ایجاد اولین معادله مطلق اندازه گیری حالت Fe که در فشار بینهایت و شرایط چگالی موجود در هسته های ماورای زمینی انجام می شود، توصیف می کنند. چنین فشار دینامیکی بدون شوکی، بطور منحصر بفرد برای تحت فشار گذاردن ماده در گرمای کمینه تا فشار تراپاسکال مناسب است (1 تراپاسکال= 10 میلیون اتمسفر).
این آزمایش ها در آزمایشگاه ملی لیورمور لارنس دانشکده ملی احتراق (NIF) انجام می شوند. سیستم لیزری NIF می تواند تا 2 مگا ژول انرژی لیزری با پهنای زمانی بیش از 30 نانوثانیه و توان لیزری مورد نیاز برای فشرده سازی رمپ مواد تا فشار تراپاسکال فراهم و کنترل کند. آزمایش های این تیم به ماکزیمم فشار ۱.۴ تراپاسکال یعنی فشاری چهار برابر بیشتر از نتایج استاتیک قبلی که شبیه شرایط هسته در سیاره ای با جرم ۳ تا ۴ برابر زمین است، دست یافته است.
نتیجه سبب یافتن یک رابطه جرم-شعاع تجربی برای یک سیاره از آهن خالص فرضی شده است که برای مدل کردن سیاره های سنگلاخی بزرگ مناسب است.
در آزمایش های آینده NIF، مطالعه بر روی مواد سیاره ای در فشار چند ترا پاسکال در حالیکه از تکنیک نانوثانیه ای پراش پرتو ایکس نیز استفاده می شود، تعمیم داده می شود تا روند تغییر ساختار کریستالی را با فشار بدست آورند.


 

Reference:

1. Raymond F. Smith et al., Nature Astronomy (2018); doi: 10.1038/s41550-018-0437-9.
 
 
Source: https://www.laserfocusworld.com/articles/2018/04/laser-compression-of-iron-gives-insight-into-cores-of-large-rocky-exoplanets.html
 

[1] National Ignition Facility
[2] Multistepped Iron
[3] Lawrence Livermore National Laboratory
[4] Ramp Compression
 
منبع : www.laserfocusworld.com      1397/9/12 15:16