卡内基科学研究所 一幅插图展示了静态高压合成技术和动态方法的结合如何使研究人员能够在模拟超地球内部的极端条件下探测硅酸镁铝闪长岩，据信这种闪长岩在岩石行星的地幔中占主导地位
信用:非
桑迪亚国家实验室兰迪·蒙托亚拍摄的桑迪亚Z机器照片
卡耐基的·费领导的新研究为理解超级地球内部提供了一个框架
是我们地球大小的5倍和2倍——这是评估它们是否适合居住的先决条件
这种大小的行星是太阳系外最丰富的行星之一
这篇论文发表在《自然通讯》上
“尽管对系外行星大气成分的观察将是寻找地球以外生命迹象的第一种方式，但行星表面可居住性的许多方面都受到行星表面下发生的事情的影响，这也是卡内基研究员在极端温度和压力下岩石材料特性方面的长期专业知识的来源，”地球和行星实验室主任理查德·卡尔森解释说
在地球上，硅酸盐地幔和金属核心的内部动力学和结构驱动板块构造，并产生地球动力学，为我们的磁场提供动力，保护我们免受危险的电离粒子和宇宙射线的影响
没有这种保护，我们所知道的生活是不可能的
同样，超级地球的内部动力和结构将塑造地球的表面状况
近几十年来，随着各种岩石系外行星的令人兴奋的发现，大得多的超级地球有能力创造适合生命出现和繁衍的条件吗？ 对超级地球表面下发生的事情的了解对于确定一个遥远的世界是否有能力容纳生命至关重要
但是超地球质量的行星内部的极端条件挑战了研究人员探测可能存在于那里的矿物的物质属性的能力
这就是基于实验室的模仿的来源
一位科学家使用实验室技术探索系外行星内部可能存在的条件的插图
荣誉:凯瑟琳·凯恩，卡内基科学研究所
几十年来，卡内基的研究人员一直是通过将小样本材料置于巨大的压力和高温下来重建行星内部条件的领导者
但有时甚至这些技术也有其局限性
“为了建立模型，使我们能够理解超级地球的内部动力学和结构，我们需要能够从样本中提取数据，这些样本的条件与在那里发现的条件近似，可能超过1400万倍的大气压力，”费解释说
“然而，在实验室创造这些条件时，我们不断遇到限制
" 当这个团队——包括卡内基的阿斯玛·布吉布和彼得·德里斯科尔，以及克里斯托弗·西格、乔舒亚·汤森、查德·麦考伊、卢克·舒伦伯格和桑迪亚国家实验室的迈克尔·弗尼什——被授权使用世界上最强大的磁驱动脉冲功率机器(桑迪亚的Z脉冲功率设备)直接冲击高密度的布里奇曼岩样本——一种被认为在岩石巷道的覆盖层中占主导地位的高压硅酸镁——以便将其暴露在与内部相关的极端条件下时，一个突破出现了
在典型的超地球地幔物质上进行的一系列超高速冲击波实验提供了密度和熔化温度测量值，这些测量值将是解释观测到的超地球质量和半径的基础
研究人员发现，在代表超地球内部的压力下，布里奇曼石具有非常高的熔点，这将对内部动力学产生重要影响
他们说，在某些热演化场景下，巨大的岩石行星在其演化早期可能有一个热驱动的地球动力学，然后当冷却速度减慢时，它会消失几十亿年
持续的地球动力学最终可能通过内核结晶过程中较轻元素的运动而重新开始
“进行这些测量的能力对于开发超级地球内部结构的可靠模型至关重要，超级地球的质量是地球的八倍，”费补充说
“这些结果将对我们解释观测数据的能力产生深远的影响
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