Записки безумного планетолога, n+1
В составе Солнечной системы кислорода вдвое больше, чем углерода. В системах, где дела обстоят таким образом, свободного углерода на планетах мало - часть его растворяется в железном ядре, а часть переходит в карбонаты. Поверхность и верхняя литосфера делаются умеренно- или сильноокислительной средой, в которой равновесные степени окисления элементов близки к максимальным (на Марсе, например, хлор переходит в +VII). Но бывает наоборот - что в составе системы углерода больше, чем кислорода, и иногда - намного. На планетарную химию это влияет так сильно, что такое трудно себе представить. Литосфера из графита и алмаза, мощная атмосфера из CO, утопающая в углеводородной жиже поверхность - это только верхушки айсберга: в сильно восстановительной среде очень многие элементы, чье поведение кажется нам единственным возможным и самим собой разумеющимся, ведут себя по-другому. Нам сложно представить себе, что фосфор может быть чем-то иным, кроме фосфатов.
Или вот, например, океан расплавленного натрия!
Как такое может получиться?? Что такое нужно сделать, чтобы натрий вылез из кислородного окружения и стал самородным металлом, да еще жидким?? Может ли такое быть? Может =) (что означает это слово, отдельный вопрос, см. в конце))
В общих чертах устройство твердых планет углерод-избыточных систем примерно таково: железное/цементитное ядро, нижняя мантия из силикатов самых активных металлов, верхняя мантия из карбидов и того, что с ними соседствует, литосфера из алмаза и графита, и мощная атмосфера из CO (чем больше кислорода в составе, тем она мощнее), или - у тяжелых планет - из H2 и H2O/CH4 или CO в зависимости от температуры. Соединениям натрия неудобно существовать в таких условиях. Как ни странно, он - все же не самый активный металл (в отличие от Ca/Sr/Ba, Ti/Zr, Al/Ln, и прочих рекордсменов в отбирании кислорода у других соединений), и может восстанавливаться до металла, а поскольку металл легче графита и не реагирует ни с ним, ни тем более - с алмазом, натрий будет выдавливаться на поверхность. Где тут же окислится водородом до NaH. Но у легких и теплых планет у вспышечных звезд может улететь и водород, и CO (причем - углеводороды - тоже исчезнут, разложившись на графит и улетающий водород). Получится что-то вроде известной реакции Na2CO3 + 2 C -> 2 Na + 3 CO, только в планетарном масштабе =))
И тогда натрий останется на поверхности, где и скопятся блистающие океаны в черных берегах, где пурпурный туман Na2, поднимаясь над низинами, прогретыми до 500оС ласковым утренним солнцем, поднимается в аргоновое небо, собирается в черные тучи, и они проливаются серебристым ливнем, чтобы сбегающие с гор металлические реки обрушились каскадом навстречу многометровым зеркальным волнам.
Нет, это не натрий-калиевая эвтектика, как было в том ролике, который заставил меня подумать об этом, а потом с отвисшей челюстью осознавать, что вообще-то такое не вполне невероятно)) Калий реагирует с графитом - он не доберется до поверхности. Но и натриевый океан - это тоже неслабо )))
Что значит "может быть"? Вряд ли такое встречается часто - условий это требует довольно специальных, но и химия, и физика, и распространенность элементов как будто бы благоприятствуют. И Галактика велика - наше "может быть" может означать миллион планет с жидким натрием на поверхности - или 10^5 - 10^7... (Или ни одной, если я упустил-таки что-то очень существенное, но пока на это непохоже) То есть - немало, в отличие от океанов жидкой ртути, против которых выступают и физика (надо придумать очень экзотический случай, чтобы ртуть оказалась самым легким веществом на теле и не потонула под литосферу), ни химия - ртуть дает твердые амальгамы с очень многими металлами, и особенно - с компонентами металлических ядер). Не удивлюсь, если дюжина таких тел во всей Галактике найдется (например - сильно прожаренных, но не испарившихся совсем и по какой-то причине остывших ядер скалистых планет, с которых даже железо и никель улетели, а остались только платиновые и благородные металлы), но вряд ли - больше :-)
Будет ли у натрия действительно блестящая металлическая поверхность? Уж если он появился - то да, будет: практически все его соединения тяжелее самого натрия и будут скапливаться на дне. И оксид, и сульфид, и хлорид, и даже, как это ни странно, гидрид. Соотношение толщины металлического и солевого слоев будет зависеть от того, как часто на поверхность будут выбрасываться окислители, например CS2 и CCl4, в сравнении с самим натрием. Но если натриевый океан - все же, вероятно, сравнительная редкость, наличие локальных залежей/резервуаров натрия на поверхности твердых планет в углерод-обогащенных системах может оказаться обычным делом.
UPD вот и условия сформулировались несколько точнее. Интенсивный приливный разогрев, инсоляция, соответствующая эффективной температуре 700 - 1000К, активность звезды, достаточная для удаления легких атмосферных газов и постепенного ухода атомного кислорода из верхней атмосферы, но не больше (CO -> C + O, углерод конденсируется обратно), масса - суб-земля или легкая земля. Специфично, но не слишком :-)
UPD2 тут многое покажет наличие или отсутствие линий натрия в атмосфере 55 Cancri e. Уж если она действительно углеродная, и там есть циан-радикал, то и натрий тоже должен быть в газообразном виде, а если его нет, то я что-то упустил, и этот безумный сценарий гораздо менее вероятен))
Или вот, например, океан расплавленного натрия!
Как такое может получиться?? Что такое нужно сделать, чтобы натрий вылез из кислородного окружения и стал самородным металлом, да еще жидким?? Может ли такое быть? Может =) (что означает это слово, отдельный вопрос, см. в конце))
В общих чертах устройство твердых планет углерод-избыточных систем примерно таково: железное/цементитное ядро, нижняя мантия из силикатов самых активных металлов, верхняя мантия из карбидов и того, что с ними соседствует, литосфера из алмаза и графита, и мощная атмосфера из CO (чем больше кислорода в составе, тем она мощнее), или - у тяжелых планет - из H2 и H2O/CH4 или CO в зависимости от температуры. Соединениям натрия неудобно существовать в таких условиях. Как ни странно, он - все же не самый активный металл (в отличие от Ca/Sr/Ba, Ti/Zr, Al/Ln, и прочих рекордсменов в отбирании кислорода у других соединений), и может восстанавливаться до металла, а поскольку металл легче графита и не реагирует ни с ним, ни тем более - с алмазом, натрий будет выдавливаться на поверхность. Где тут же окислится водородом до NaH. Но у легких и теплых планет у вспышечных звезд может улететь и водород, и CO (причем - углеводороды - тоже исчезнут, разложившись на графит и улетающий водород). Получится что-то вроде известной реакции Na2CO3 + 2 C -> 2 Na + 3 CO, только в планетарном масштабе =))
И тогда натрий останется на поверхности, где и скопятся блистающие океаны в черных берегах, где пурпурный туман Na2, поднимаясь над низинами, прогретыми до 500оС ласковым утренним солнцем, поднимается в аргоновое небо, собирается в черные тучи, и они проливаются серебристым ливнем, чтобы сбегающие с гор металлические реки обрушились каскадом навстречу многометровым зеркальным волнам.
Нет, это не натрий-калиевая эвтектика, как было в том ролике, который заставил меня подумать об этом, а потом с отвисшей челюстью осознавать, что вообще-то такое не вполне невероятно)) Калий реагирует с графитом - он не доберется до поверхности. Но и натриевый океан - это тоже неслабо )))
Что значит "может быть"? Вряд ли такое встречается часто - условий это требует довольно специальных, но и химия, и физика, и распространенность элементов как будто бы благоприятствуют. И Галактика велика - наше "может быть" может означать миллион планет с жидким натрием на поверхности - или 10^5 - 10^7... (Или ни одной, если я упустил-таки что-то очень существенное, но пока на это непохоже) То есть - немало, в отличие от океанов жидкой ртути, против которых выступают и физика (надо придумать очень экзотический случай, чтобы ртуть оказалась самым легким веществом на теле и не потонула под литосферу), ни химия - ртуть дает твердые амальгамы с очень многими металлами, и особенно - с компонентами металлических ядер). Не удивлюсь, если дюжина таких тел во всей Галактике найдется (например - сильно прожаренных, но не испарившихся совсем и по какой-то причине остывших ядер скалистых планет, с которых даже железо и никель улетели, а остались только платиновые и благородные металлы), но вряд ли - больше :-)
Будет ли у натрия действительно блестящая металлическая поверхность? Уж если он появился - то да, будет: практически все его соединения тяжелее самого натрия и будут скапливаться на дне. И оксид, и сульфид, и хлорид, и даже, как это ни странно, гидрид. Соотношение толщины металлического и солевого слоев будет зависеть от того, как часто на поверхность будут выбрасываться окислители, например CS2 и CCl4, в сравнении с самим натрием. Но если натриевый океан - все же, вероятно, сравнительная редкость, наличие локальных залежей/резервуаров натрия на поверхности твердых планет в углерод-обогащенных системах может оказаться обычным делом.
UPD вот и условия сформулировались несколько точнее. Интенсивный приливный разогрев, инсоляция, соответствующая эффективной температуре 700 - 1000К, активность звезды, достаточная для удаления легких атмосферных газов и постепенного ухода атомного кислорода из верхней атмосферы, но не больше (CO -> C + O, углерод конденсируется обратно), масса - суб-земля или легкая земля. Специфично, но не слишком :-)
UPD2 тут многое покажет наличие или отсутствие линий натрия в атмосфере 55 Cancri e. Уж если она действительно углеродная, и там есть циан-радикал, то и натрий тоже должен быть в газообразном виде, а если его нет, то я что-то упустил, и этот безумный сценарий гораздо менее вероятен))