Extrem hoher Druck macht das isolierende Mineral zu einer elektrisch leitenden Flüssigkeit
Washington (USA) - Über 800 Planeten haben Astronomen inzwischen bei anderen Sternen aufgespürt. Darunter auch zahlreiche „Super-Erden“, felsige Welten ähnlich unserem Heimatplaneten, doch mit der mehrfachen Masse der Erde. Laborexperimente einer Forschergruppe aus den USA liefern nun einen überraschenden Einblick in das Innere von Super-Erden: Die dort herrschenden Drücke und Temperaturen können das kristalline Mineral Magnesiumoxid in eine elektrisch leitende Flüssigkeit verwandeln, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.
„Unsere Entdeckung führt zu einer Verwischung der traditionellen Definitionen von Mantel und Kern eines Planeten“, hebt Steward McWilliams von der Carnegie Institution of Washington hervor. „Sie zeigt uns einen Weg auf, wie junge und heiße Planeten ein Magnetfeld erzeugen und erhalten können.“ McWilliams und seine Kollegen feuerten in ihren Experimenten hochenergetische Laserpulse auf Magnesiumoxid und erzeugten in dem Mineral so innerhalb einer milliardstel Sekunde Drücke zwischen dem 3- und dem 14-Millionenfachen des irdischen Luftdrucks, sowie Temperaturen von bis zu 50.000 Grad. Dann beobachteten die Physiker, wie sich das Material unter diesen niemals zuvor untersuchten Bedingungen verhält.
Bei einem Druck von 3,6 Millionen Bar stießen McWilliams und seine Kollegen auf einen ersten Phasenübergang, bei dem sich die Kristallstruktur des Minerals ändert. Da sich dabei das Volumen vergrößert und latente Wärme frei wird, „könnte dieser Übergang die interne Struktur und Dynamik, sowie den Zusammenhang zwischen Masse und Radius der Planeten beeinflussen“, so die Forscher. Wichtiger noch ist ein zweiter Phasenübergang bei sechs Millionen Bar. Dort nämlich geht das elektrisch isolierende, kristalline Magnesiumoxid in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit über. Ein solcher Zustand wäre nach Ansicht des Teams tief im Inneren von Super-Erden möglich und könnte bei diesen über einen Dynamo-Effekt zum Aufbau eines Magnetfelds führen.
Die Erde sei zwar zu klein, um in ihrem Inneren einen ausreichend hohen Druck für eine substanzielle elektrische Leitfähigkeit von Magnesiumoxid zu besitzen. McWilliams und seine Kollegen halten es aber für möglich, das die Erde in ihrer Entstehungsphase, als sie noch von Magmaozeanen bedeckt war, durch diesen Effekt ein kurzlebiges Magnetfeld aufbauen konnte. Der Effekt könnte auch frühe Magnetfelder beim Mond und beim Mars erklären, wie sie sich aus dem Restmagnetismus der Kruste dieser Himmelskörper ableiten lassen.
Bildquelle: Eugene Kowaluk, Laboratory for Laser Energetics, University of Rochester
