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科学家再现超级地球内部极端环境

2015年01月26日16:39    来源:科技日报     手机看新闻

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  原标题:科学家再现超级地球内部极端环境

  美国和德国科学家最近合作进行了新的激光驱动冲击压力实验,在实验室再现太阳系外超级地球和巨行星深内部的极端环境,以及类地行星诞生时的混乱环境,利用超快光学测量技术揭示了构成行星的重要物质性质,这些物质决定了行星的形成和演化过程。相关论文发表在1月23日的《科学》杂志上。

  石英(SiO2)是组成岩石的重要成分,在极端压力和温度条件下,石英不寻常的性质关系到行星的形成和内部演化。据物理学家组织网1月22日报道,德国拜罗伊特大学研究人员通过高压晶体生长技术合成了一些毫米大小的、透明的超石英多晶体和单晶体。超石英是一种高密度石英,通常只在陨石坑附近才有少量。

  利用这些晶体,美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)物理学家马里厄斯·米洛特和加州大学伯克利分校科学家首次进行了激光驱动冲击压力实验,检测了500Gpa(500万大气压)压力下石英的融化温度。对超级地球行星(5倍地球质量)、天王星和海王星而言,这相当于地核—地幔边界的压力。

  “在行星深内部,极端的密度、压力和温度强烈改变了构成成分的性质。”米洛特说,“固体在融化前能承受多高的温度,压力是关键,决定了一颗行星的内部结构和演化,现在我们能在实验室里直接检测这些。”

  结合以前对其他氧化物和铁的融化检测,新数据显示在300GPa到500GPa压力下,地幔硅酸盐和地核金属的熔化温度差不多,这表明大型岩石天体深处,可能普遍存在长期活动的岩浆海洋,而这种液态岩浆层会形成行星磁场。“此外,我们的研究表明在海王星、天王星、土星和木星的核心,石英可能是固态的。这为将来改良这些行星的结构与演化模型设置了新的限制条件。”米洛特说。

  最近,银河系中已发现超过1000个绕其他恒星公转的系外行星,这表明行星系统、行星大小及其性质有着广泛的多样性。太阳系外是否还有适合地外生命生存的其他世界?这一实验为人们研究太阳系提供了更深视野。

  研究人员还打算研究构成行星的主要成分的奇异性质,利用动力压力实验更好地理解地球的形成和生命的起源。米洛特说:“目前对行星物质的动力压力研究是一个非常令人兴奋的领域。在行星深处,氢是一种金属性的液体,氦像雨一样,液态石英是一种金属,而水可能是超离子。”(常丽君)

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(责编:李强强、高红霞)

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