We weten dat de aarde een ijzeren kern heeft met daaromheen een mantel van silicaatgesteente en water (oceanen) aan het oppervlak. De wetenschap heeft dit eenvoudige planetenmodel tot op de dag van vandaag gebruikt om exoplaneten te onderzoeken, planeten die buiten ons zonnestelsel rond een andere ster draaien. “Pas de laatste jaren zijn we ons gaan realiseren dat planeten complexer zijn dan we dachten,” zegt Caroline Dorn, hoogleraar Exoplaneten aan de ETH Zürich.
De meeste exoplaneten die nu bekend zijn, bevinden zich dicht bij hun ster. Dit betekent dat ze voornamelijk bestaan uit hete werelden met oceanen van gesmolten magma die nog niet zijn afgekoeld tot een vaste mantel van silicaat zoals de aarde. Water lost heel goed op in deze magma-oceanen, in tegenstelling tot bijvoorbeeld kooldioxide, dat snel ontgast en opstijgt in de atmosfeer. De ijzeren kern bevindt zich onder de gesmolten mantel van silicaten. Hoe wordt het water dan verdeeld tussen de silicaten en het ijzer? Dat is precies wat Dorn in samenwerking met Haiyang Luo en Jie Deng van Princeton University heeft onderzocht met behulp van modelberekeningen op basis van fundamentele natuurkundige wetten. De onderzoekers presenteren hun resultaten in het tijdschrift Nature Astronomy.
Magmasoep met water en ijzer
Om de resultaten te verklaren, moet Dorn in detail treden: “De ijzerkern heeft tijd nodig om zich te ontwikkelen. Een groot deel van het ijzer bevindt zich aanvankelijk in de hete magmasoep in de vorm van druppeltjes.” Het water in deze soep verbindt zich met deze ijzerdruppeltjes en zakt mee naar de kern. “De ijzerdruppels gedragen zich als een lift die door het water naar beneden wordt getransporteerd,” legt Dorn uit. Tot nu toe was dit gedrag alleen bekend voor gematigde drukken zoals die ook in de aarde voorkomen. Het was niet bekend wat er gebeurt bij grotere planeten met een hogere inwendige druk. “Dit is een van de belangrijkste resultaten van onze studie,” zegt Dorn. “Hoe groter de planeet en hoe groter de massa, hoe meer het water de neiging heeft om met de ijzerdruppels mee te gaan en in de kern te integreren. Onder bepaalde omstandigheden kan ijzer tot 70 keer meer water opnemen dan silicaten. Door de enorme druk in de kern neemt het water echter niet langer de vorm aan van H2O-moleculen, maar is het aanwezig in de vorm van waterstof en zuurstof.
Lees verder op: Spacepage