在實驗室里也能實現對巨型冰行星研究！

像天王星和海王星這樣的大行星，可能含有遊離氫比之前假設的要少得多。來自德國Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)研究人員將激波穿過兩種類型的塑料，使其達到這些行星內部存在的相同溫度和壓力，並利用超強x射線激光脈衝觀察了這種行為。出乎意料的是，其中一種塑料即使在最極端壓力下也能保持其晶體結構。據《科學報告》(Scientific Reports)報道，由於冰巨星內部的組成成分與塑料相同，行星模型可能需要部分重新考慮。

博科園-科學科普：碳和氫是宇宙中最豐富的元素之一，也是天王星和海王星等冰冷巨行星的主要成分。在大氣層外，這些原子以甲烷的形式存在，但在大氣層深處，高壓會導致更複雜的碳氫化合物結構。預測物質在這些條件下的相和結構是行星研究的重要問題之一。為了更好地了解冰巨行星的結構，由HZDR的兩位研究人員Nicholas Hartley博士和Dominik Kraus博士領導的一個國際團隊在實驗室實驗中研究了兩種塑料：

聚苯乙烯和聚乙烯。這些物質在化學上與行星內部的碳氫化合物相似。在美國SLAC國家加速器實驗室科學家們將這些樣本暴露在海王星和天王星表面以下約1萬公里處的環境中。

在這個深度，壓力幾乎和地核一樣高，是地球表面大氣壓力的200萬倍。在如此高的壓力和溫度下，研究人員認為唯一可能的結構是鑽石，或者樣品會被熔化。相反觀察到穩定的碳氫化合物結構達到最高壓力，但只有聚乙烯樣品；哈特利說：我們對這個結果感到非常驚訝，我們沒想到在如此極端的條件下，不同初始狀態會造成如此大的差異。直到最近，隨著更明亮的x射線源發展，才能夠研究這些材料。我們是第一個想到這可能的人——而且確實是這樣。由於實驗室冰巨星內部的極端條件只能在很短時間內達到，研究人員需要閃電般的測量方法。

目前，世界上只有為數不多的超快x射線激光設備，用於測量的時間非常少，而且要求很高。克勞斯和哈特利的實驗總共獲得了三個12小時的輪班，因此他們必須利用每一分鐘進行儘可能多的測量。用x射線激光衝擊樣品和探針只需要十億分之一秒。即使在實驗期間，研究人員也能識別出最初的結果：我們非常興奮，因為正如所希望的那樣，聚苯乙烯形成了類金剛石的碳結構。然而，對於聚乙烯，沒有看到符合實驗條件的金剛石。

相反，有一個新的結構，一開始無法解釋，通過將數據與之前在較低壓力下的結果進行比較，他們認為這是一種穩定的聚乙烯結構，在較低的壓力下，只有在環境溫度下才可以看到這種結構。這一發現表明，為了更好地了解冰晶的結構和物理特性，更好地描述冰晶內部溫度和壓力條件以及由此產生化學物質的重要性。天王星和海王星的模型假設，這些行星不尋常的磁場可能來自自由氫，這些結果可能意味著，這比預期的要少。未來，研究人員希望使用包括氧氣在內的混合物來更好地匹配行星內部的化學成分。

博科園｜研究/來自: 亥姆霍茲德國研究中心協會

參考期刊《Scientific Reports》

DOI: 10.1038/s41598-019-40782-5

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