ลึกลงไปในหัวใจของโลกมนุษย์ต่างดาวผลึกก่อตัวขึ้นภายใต้แรงกดดันสูงกว่าแรงกดอากาศในโลกถึง 40 ล้านเท่าและรุนแรงกว่าแรงกดของแกนดาวเคราะห์มากถึง 10 เท่า การเข้าใจพวกเขาดีขึ้นสามารถช่วยเราค้นหาชีวิตในกาแลคซีของเรา
ตอนนี้นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้อะไรเกี่ยวกับผลึกลึกลับเหล่านี้ พวกเขาไม่ทราบว่าพวกเขาก่อตัวอย่างไรและเมื่อไหร่พวกมันมีหน้าตาเป็นอย่างไรหรือมีพฤติกรรมอย่างไร แต่คำตอบสำหรับคำถามเหล่านั้นอาจมีผลกระทบอย่างมากต่อพื้นผิวของโลกเหล่านั้น - ไม่ว่าพวกมันจะถูกปกคลุมด้วยแมกมาหรือน้ำแข็งหรือถูกทิ้งระเบิดด้วยรังสีจากดาวฤกษ์แม่ของมัน ในทางกลับกันคำตอบอาจส่งผลต่อความเป็นไปได้ของดาวเคราะห์เหล่านี้ที่มีชีวิต
การตกแต่งภายในของดาวเคราะห์นอกระบบเหล่านี้ลึกลับสำหรับเราเพราะในระบบสุริยะของเราดาวเคราะห์มีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กและเต็มไปด้วยหินเช่นโลกและดาวอังคารหรือขนาดใหญ่และกว้างใหญ่เช่นดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดี แต่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักดาราศาสตร์พบว่าสิ่งที่เรียกว่า "ซุปเปอร์เอิร์ ธ " - ดาวเคราะห์หินยักษ์ - และ "มินิเนปจูน" - ดาวเคราะห์ก๊าซขนาดเล็กกว่าที่มีอยู่ในระบบสุริยะของเรา - เป็นเรื่องธรรมดาในกาแลคซีของเรา
เนื่องจากดาวเคราะห์เหล่านี้สามารถมองเห็นได้เพียงแค่แสงแวววาวจาง ๆ ในแสงที่มาจากดาวฤกษ์แม่ของพวกเขาส่วนใหญ่ยังคงเป็นปริศนา พวกเขาเป็น superdense หรือกว้างสุด? พื้นผิวทำจากอะไร? พวกเขามีสนามแม่เหล็กหรือไม่? คำตอบสำหรับคำถามเหล่านั้นกลับกลายเป็นว่าขึ้นอยู่กับว่าหินและเหล็กในแกนอัล
ข้อ จำกัด ของวิทยาศาสตร์ปัจจุบัน
Diana Valencia นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยโตรอนโตในแคนาดากล่าวว่าการทำความเข้าใจดาวเคราะห์นอกระบบของเรานั้นส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการขยายหรือลดขนาดสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา Diana Valencia นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่มหาวิทยาลัยโตรอนโตในแคนาดา Physical Society (APS) สำหรับนักฟิสิกส์แร่เพื่อสำรวจวัสดุดาวเคราะห์นอกระบบที่แปลกใหม่เหล่านี้
ปัญหาที่เกิดขึ้นกับวิธีการปรับขนาดขึ้นคือคุณไม่สามารถเข้าใจได้อย่างแท้จริงว่าเหล็กจะทำตัวอย่างไรที่ความดันของแกนโลก 10 เท่าโดยการคูณเธอกล่าว ที่ความกดดันมหาศาลคุณสมบัติของสารเคมีก็เปลี่ยนไป
Lars Stixrude นักฟิสิกส์แร่ทฤษฎีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียลอสแองเจลิสกล่าวว่าเราคาดว่าจะพบผลึกภายในซุปเปอร์เอิร์ ธ ที่ไม่มีอยู่ในโลกหรือที่อื่นในธรรมชาติ งานทฤษฎีพื้นฐานเพื่อคำนวณคุณสมบัติของวัสดุที่รุนแรงเหล่านี้ "สิ่งเหล่านี้จะเป็นการจัดเรียงที่ไม่เหมือนใครของอะตอมที่มีอยู่ที่ความดันสูงมากเท่านั้น"
การจัดเรียงที่แตกต่างกันเหล่านี้เกิดขึ้นเขาบอกกับ Live Science เพราะแรงกดดันมหาศาลเปลี่ยนพื้นฐานวิธีที่อะตอมผูกเข้าด้วยกัน บนพื้นผิวโลกและลึกลงไปในโลกของเราอะตอมเชื่อมโยงโดยใช้อิเล็กตรอนในเปลือกนอกเท่านั้น แต่ที่ความดัน super-Earth อิเล็กตรอนใกล้กับนิวเคลียสของอะตอมจะเข้ามาเกี่ยวข้องและเปลี่ยนรูปร่างและคุณสมบัติของวัสดุอย่างสมบูรณ์
และคุณสมบัติทางเคมีเหล่านั้นอาจส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของดาวเคราะห์ทั้งดวง ตัวอย่างเช่นนักวิทยาศาสตร์รู้ว่าซุปเปอร์เอิร์ ธ กับดักความร้อนจำนวนมาก แต่พวกเขาไม่ทราบว่ามากแค่ไหน - และคำตอบสำหรับคำถามนั้นมีความหมายอย่างมากต่อภูเขาไฟและดาวเคราะห์เปลือกโลก ที่ความดันภายในของโลกธาตุที่เบากว่าจะถูกรวมเข้ากับแกนเหล็กซึ่งส่งผลกระทบต่อสนามแม่เหล็กของโลก แต่อาจไม่เกิดขึ้นเมื่อความดันสูงขึ้น แม้แต่ขนาดทางกายภาพของซุปเปอร์เอิร์ ธ ก็ขึ้นอยู่กับโครงสร้างผลึกของสารประกอบในแกนกลางของมัน
แต่หากไม่มีดาวเคราะห์ประเภทนี้เพื่อศึกษาอย่างใกล้ชิดในระบบสุริยะของเราเองวาเลนเซียกล่าวว่านักวิทยาศาสตร์จะต้องหันไปใช้การคำนวณทางกายภาพและการทดลองขั้นพื้นฐานเพื่อตอบคำถามประเภทนี้ แต่การคำนวณเหล่านั้นมักจะทำให้เกิดคำตอบปลายเปิด Stixrude กล่าว สำหรับการทดลอง?
“ แรงกดดันและอุณหภูมิเหล่านั้นเกินขีดความสามารถของเทคโนโลยีและการทดลองส่วนใหญ่ที่เรามีอยู่ทุกวันนี้” เขากล่าว
การสร้างซุปเปอร์เอิร์ ธ บนโลกปกติ
บนโลกนั้นการทดลองที่กดดันมากที่สุดนั้นเกี่ยวข้องกับการบดตัวอย่างเล็ก ๆ ระหว่างจุดที่คมชัดของเพชรอุตสาหกรรมสองอัน
แต่เพชรเหล่านั้นมีแนวโน้มที่จะแตกเป็นเสี่ยง ๆ ก่อนที่จะถึงแรงกดดันของซุปเปอร์เอิร์ ธ Stixrude กล่าว เพื่อหลีกเลี่ยงข้อ จำกัด ของเพชรนักฟิสิกส์ได้หันไปใช้การทดลองการบีบอัดแบบไดนามิกโดยทอมดัฟฟี่นักฟิสิกส์แร่และทีมของเขาที่มหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน
การทดลองเหล่านี้สร้างแรงกดดันคล้ายซุปเปอร์เอิร์ ธ มากกว่า แต่ใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที
“ ความคิดคือคุณฉายรังสีด้วยเลเซอร์ที่มีกำลังสูงมากและคุณให้ความร้อนแก่พื้นผิวของตัวอย่างนั้นอย่างรวดเร็วและทำให้เกิดการระเบิดในพลาสมา” ดัฟฟี่ซึ่งเป็นประธานของเซสชั่น APS ที่บาเลนเซียพูด
บิตของตัวอย่างถูกทำให้ร้อนอย่างฉับพลันระเบิดออกจากพื้นผิวสร้างคลื่นความดันที่เคลื่อนที่ผ่านตัวอย่าง
“ มันเหมือนกับเอฟเฟ็กต์เรือจรวด” ดัฟฟี่กล่าว
ตัวอย่างที่เกี่ยวข้องมีขนาดเล็ก - เกือบแบนและมีพื้นที่ผิวเพียงประมาณหนึ่งมิลลิเมตร และสิ่งทั้งหมดนั้นเป็นเรื่องของนาโนวินาที เมื่อคลื่นความดันมาถึงด้านหลังของตัวอย่างสิ่งทั้งหมดก็แตก แต่จากการสังเกตอย่างระมัดระวังในช่วงจังหวะสั้น ๆ เหล่านั้นดัฟฟี่และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบความหนาแน่นรวมถึงโครงสร้างทางเคมีของเหล็กและโมเลกุลอื่น ๆ ภายใต้แรงกดดันที่ไม่เคยได้ยินมาก่อน
ยังมีคำถามที่ยังไม่ได้ตอบอีกมากมาย แต่สถานะของความรู้ในสาขานี้กำลังเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ววาเลนเซียกล่าว ตัวอย่างเช่นกระดาษแผ่นแรกเกี่ยวกับโครงสร้างของซุปเปอร์เอิร์ ธ (ซึ่งบาเลนเซียตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ 2550 ในวารสาร Astrophysical ในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่ฮาร์วาร์ด) ล้าสมัยเพราะนักฟิสิกส์ได้รับข้อมูลใหม่เกี่ยวกับสารเคมีในโลกของเรา
การตอบคำถามเหล่านี้มีความสำคัญดัฟฟี่กล่าวเพราะพวกเขาสามารถบอกเราได้ว่าโลกของมนุษย์ต่างดาวที่อยู่ห่างไกลนั้นมีลักษณะเหมือนแผ่นเปลือกโลกแมกมาไหลและสนามแม่เหล็กหรือไม่ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถช่วยชีวิตได้หรือไม่
