科學家再現超級地球內部極端環境 揭示構成行星的重要物質性質

美國和德國科學家最近合作進行了新的激光碟機動衝擊壓力實驗，在實驗室再現太陽系外超級地球和巨行星深內部的極端環境，以及類地行星誕生時的混亂環境，利用超快光學測量技術揭示了構成行星的重要物質性質，這些物質決定了行星的形成和演化過程。相關論文發表在1月23日的《科學》雜誌上。

石英(SiO2)是組成岩石的重要成分，在極端壓力和溫度條件下，石英不尋常的性質關係到行星的形成和內部演化。據物理學家組織網報道，德國拜羅伊特大學研究人員通過高壓晶體生長技術合成了一些毫米大小的、透明的超石英多晶體和單晶體。超石英是一種高密度石英，通常只在隕石坑附近才有少量。

利用這些晶體，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)物理學家馬里厄斯·米洛特和加州大學伯克利分校科學家進行了激光碟機動衝擊壓力實驗，檢測了500Gpa(500萬大氣壓)壓力下石英的融化溫度。對超級地球行星(5倍地球質量)、天王星和海王星而言，這相當於地核—地幔邊界的壓力。

「在行星深內部，極端的密度、壓力和溫度強烈改變了構成成分的性質。」米洛特說，「固體在融化前能承受多高的溫度，壓力是關鍵，決定了一顆行星的內部結構和演化，現在我們能在實驗室里直接檢測這些。」

結合以前對其他氧化物和鐵的融化檢測，新數據顯示在300GPa到500GPa壓力下，地幔硅酸鹽和地核金屬的熔化溫度差不多，這表明大型岩石天體深處，可能普遍存在長期活動的岩漿海洋，而這種液態岩漿層會形成行星磁場。「此外，我們的研究表明在海王星、天王星、土星和木星的核心，石英可能是固態的。這為將來改良這些行星的結構與演化模型設置了新的限制條件。」米洛特說。

最近，銀河系中已發現超過1000個繞其他恆星公轉的系外行星，這表明行星系統、行星大小及其性質有著廣泛的多樣性。太陽系外是否還有適合地外生命生存的其他世界?這一實驗為人們研究太陽系提供了更深視野。

研究人員還打算研究構成行星的主要成分的奇異性質，利用動力壓力實驗更好地理解地球的形成和生命的起源。米洛特說：「目前對行星物質的動力壓力研究是一個非常令人興奮的領域。在行星深處，氫是一種金屬性的液體，氦像雨一樣，液態石英是一種金屬，而水可能是超離子。」

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