作者:劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的布莱安娜·毕晓普 与一颗巨大的岩石系外行星(右)相比，地球内部结构的艺术表现(左)
荣誉:约翰·杰特和费德里卡·科帕里/LLNL
天文观测的进步导致了大量太阳系外行星的发现，其中一些被认为具有与地球相似的岩石成分
更多地了解它们的内部结构可以为它们潜在的可居住性提供重要线索
在劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的领导下，一组研究人员旨在通过了解氧化铁(地球地幔的组成部分之一)在这些大型太阳系外岩石行星内部可能存在的极端压力和温度下的性质，解开其中一些秘密。
他们的实验结果今天发表在《自然地球科学》杂志上
“由于可用的数据有限，大多数岩石系外行星的内部结构模型都假设地球是按比例放大的，由一个被硅酸盐和氧化物为主的地幔包围的铁芯组成
然而，这种方法在很大程度上忽略了组成物质在超过地球内部存在的压力下可能具有的不同性质，”该研究的主要作者、LLNL物理学家费德里卡·科帕里说
“随着越来越多的被证实的系外行星，包括那些被认为是岩石性质的，重要的是要更好地理解它们的行星积木在这些天体内部的行为
" 研究人员利用罗切斯特大学欧米茄激光设施的巨型激光器，将氧化铁样本压缩到近7兆巴(或称毫巴——相当于地球大气压力的700万倍)，这是岩石系外行星内部的预期条件，其质量大约是地球的五倍
他们在一个小金属箔上发射额外的激光，产生一个短暂的x光脉冲，足够亮，使他们能够捕捉压缩样本的x光衍射快照
“精确的时间是至关重要的，因为峰值压力状态保持不超过十亿分之一秒，”科帕里说
因为x光衍射特别适合于测量原子之间的距离以及它们是如何排列成晶体晶格的，所以研究小组发现，当氧化铁被压缩到超过3毫巴(地球内核的压力)的压力时，它会转变成不同的相，在那里原子被更密集地聚集在一起
“在超过地球内部存在的条件下发现高压氧化铁结构非常有趣，因为这种形式预计比在环境条件下和地球地幔中发现的晶体结构具有更低的粘度，”科帕里说
结合新的数据和先前对氧化镁(岩石行星的另一个关键成分)的测量，研究小组建立了一个模型来理解氧化铁的相变如何影响它们的混合能力
他们发现大型类地系外行星的地幔可能与通常想象的非常不同，可能具有非常不同的粘度、电导率和流变性质
“预计在大型岩石超级地球内部会出现更极端的条件，这有利于一种新的复杂矿物学的出现，在这种矿物学中，组成物质以与地球地幔完全不同的方式混合(或未混合)、流动和变形，”科帕里说
“混合不仅在行星的形成和演化中发挥作用，而且还极大地影响流变和导电性，而这最终与它的可居住性有关
" 展望未来，这项研究有望激发进一步的实验和理论研究，旨在了解组成材料在空前的压力和温度条件下的混合特性
“关于极端条件下的物质，还有很多东西需要学习，关于行星的形成和进化，甚至更多，”她说
“令人难以置信的是，我们的实验室实验能够以前所未有的分辨率窥视如此遥远的行星内部结构，并有助于更深入地了解宇宙
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