Tūkstančiai kilometrų žemiau Žemės paviršiaus, esant ekstremaliam slėgiui ir temperatūrai, galima rasti planetos šerdį. Yra vidinė šerdis, sudaryta iš kietos nikelio-geležies sferos, kuri per daug sukasi išorinės šerdies viduje, kur geležis ir nikelis yra skysti.

Šios išorinės šerdies sąlygos dabar buvo atkurtos laboratorijoje fiziko Sebastiano Merkelio iš Lilio universiteto Prancūzijoje vadovaujamos komandos taip, kad mokslininkai galėjo stebėti geležies struktūrinę deformaciją.

Tai ne tik turi įtakos mūsų planetos supratimui, bet ir gali padėti mums geriau suprasti, kas nutinka, kai erdvėje susiduria geležies gabalėliai.

„Mes nesukūrėme esminių sąlygų visiškai viduje“, Fizikė Arianna Gleeson sakė: Iš JAV Energetikos departamento SLAC nacionalinės greitintuvo laboratorijos. „Tačiau mes pasiekėme išorinės planetos šerdies sąlygas, o tai tikrai šaunu“.

Normaliomis Žemės sąlygomis geležies kristalinė struktūra yra A kubo grotelės. Atomai yra išdėstyti tinklelyje, kurių atomai yra kiekvieno kubo kampe, o vienas – centre. Kai geležis suspaudžiama esant itin dideliam slėgiui, ši gardelė pakeičia formą ir deformuojasi į a šešiakampė struktūra. Tai leidžia į tą patį erdvės tūrį supakuoti daugiau atomų.

Tačiau sunku pasakyti, kas vyksta net esant aukštesniam slėgiui ir temperatūrai – pavyzdžiui, esant Žemės šerdyje. Tačiau pastaraisiais metais lazerinės technologijos pažengė tiek, kad laboratorinėje aplinkoje maži mėginiai gali būti veikiami ekstremaliomis sąlygomis, pavyzdžiui, baltųjų nykštukų žvaigždėse esantis slėgis ir temperatūra.

SLAC komanda dislokavo du lazerius. Pirmasis yra optinis lazeris, kuris nušauna mikroskopinį geležies pavyzdį ir veikia jį smūgiu, kuris sukuria didelį slėgį ir karštį.

Žemės išorinės šerdies slėgis svyruoja nuo 135 iki 330 gigapaskalių (1,3–3,3 mln. atmosferų), o temperatūra – nuo ​​4 000 iki 5 000 K (3727–4727 °C arba 6740–8540 °F). Slėgis ir temperatūra nuo 40 K iki 70 K .

Kita dalis ir, ko gero, pati sunkiausia, buvo geležies atominės struktūros matavimas šio proceso metu. Šiuo tikslu komanda naudojo rentgeno spindulių nenaudojantį Linac koherentinio šviesos šaltinio (LCLS) lazerį, kuris ištyrė pavyzdį šaudant lazerio šviesa.

„Galėjome atlikti matavimą per milijardinę sekundės dalį“, Gleesonas pasakė. „Atomų užšaldymas ten, kur jie yra tomis nanosekundėmis, yra tikrai įdomu.

Gauti vaizdai, sugrupuoti į seką, atskleidė, kad geležis reaguoja į papildomą stresą, kurį sukelia šios sąlygos, dvynių būdu. Tai atsitinka, kai kristalinė gardelė tampa tokia kompaktiška, kad kai kuriuos gardelės taškus simetriškai dalijasi keli kristalai.

(S. Merkel / Lilio universitetas, Prancūzija)

Geležis išorinės Žemės šerdies sąlygomis reiškia, kad atominis išdėstymas yra stumiamas taip, kad šešiakampiai pasisuka apie 90 laipsnių. Šis mechanizmas leidžia metalui atsispirti antgaliams, sakė mokslininkai.

„Dvyniai leidžia geležiui būti neįtikėtinai stipriai – stipresnei, nei manėme iš pradžių – prieš tai, kai ji pradeda plastiškai tekėti per daug ilgesnį laiką. Gleesonas pasakė.

Dabar, kai žinome, kaip geležis elgiasi tokiomis sąlygomis, ši informacija gali būti įtraukta į modelius ir modeliavimus. Tai turi svarbių pasekmių tam, kaip suprantame, pavyzdžiui, erdvės susidūrimą. Žemės šerdis yra tvarkingai atokiau planetoje, tačiau yra asteroidų, kurie yra tokie metaliniai, kad, mūsų manymu, yra atviros, plikos planetų šerdys, kurios sutrikdo jų formavimąsi.

Šie objektai gali susidurti su kitais objektais, kurie gali deformuoti juose esančią geležies struktūrą. Dabar mes geriau suprantame, kaip tai vyksta. Ir, žinoma, dabar mes daugiau žinome apie savo planetą.

„Ateitis yra šviesi dabar, kai sukūrėme būdą, kaip atlikti šiuos matavimus“, Gleesonas pasakė.

„Dabar galime pagirti ir pagirti kai kuriuos tikrai pagrindinius fizinius deformacijos mechanizmų modelius. Tai padeda sukurti tam tikrą nuspėjimo galią, kurios mums trūksta modeliuojant, kaip medžiagos reaguoja ekstremaliomis sąlygomis.”

Paieška buvo paskelbta m fizinės peržiūros pranešimai.