天文觀測表明：類似海王星富含水的系外行星，在銀河系中很常見！

天體物理觀測表明，類似海王星富含水的系外行星，在我們的銀河系中很常見。這些“水世界”被認(rèn)為覆蓋著一層厚厚的水，深達(dá)數(shù)百至數(shù)千英里，位于巖石地幔之上。雖然富含水的系外行星很常見，但它們的組成與地球有很大不同，因此這些行星的結(jié)構(gòu)、組成和地球化學(xué)循環(huán)有許多未知之處。為了尋求對這些行星的更多了解，由亞利桑那州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組：

為富水系外行星提供了首批礦物學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究之一，其研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。亞利桑那州立大學(xué)地球和空間探索學(xué)院的合著者丹·希姆說：研究化學(xué)反應(yīng)和過程是發(fā)展對這些常見行星類型理解的重要一步。一般的科學(xué)推測是：水和巖石在富含水的行星內(nèi)部形成了不同層。因?yàn)樗^輕，在富含水的行星的水層下面，應(yīng)該有一層巖石。

圖示：為了在高壓和高溫下測量原子尺度的晶體結(jié)構(gòu)，帶樣品的金剛石砧腔與X射線光束(藍(lán)線)和激光束(橙色區(qū)域)對準(zhǔn)，激光束將樣品加熱到幾千開爾文，樣品夾在鉆石鐵砧之間的紅色/灰色小矩形。

然而，水和巖層交界處的極端壓力和溫度可能會從根本上改變這些材料的行為。為了在實(shí)驗(yàn)室中模擬這種高壓和溫度，主要作者兼研究科學(xué)家卡羅爾·尼斯?fàn)?Carole Nisr)在亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的Shim地球和行星材料實(shí)驗(yàn)室使用高壓鉆石砧座進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，研究小組將二氧化硅浸泡在水中，將鉆石之間的樣品壓縮到非常高的壓力，然后用激光束將樣品加熱到幾千華氏度以上。

研究小組還在伊利諾伊州的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了激光加熱，為了監(jiān)測二氧化硅和水之間的反應(yīng)，當(dāng)激光在高壓下加熱樣品時，進(jìn)行了X射線測量，發(fā)現(xiàn)了一種意想不到的新固體相，硅、氫和氧都在一起最初認(rèn)為富含水的行星水層和巖層是分開的，但通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水和二氧化硅之間有一種以前未知的反應(yīng)，固相的穩(wěn)定性大致在中間成分中。在高壓和高溫下，水和巖石之間的區(qū)別似乎令人驚訝地‘模糊’。

圖示：在鉆石砧座單元中，兩顆寶石級的單晶鉆石被塑造成砧座（照片中的平頂），然后面對面；樣品被加載到砧座之間(平坦的表面)，然后樣品在砧座之間被壓縮。

研究人員希望這些發(fā)現(xiàn)，能促進(jìn)對富水行星的結(jié)構(gòu)和組成以及化學(xué)循環(huán)的了解。研究具有重要意義，并對富水系外行星內(nèi)部的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)提出了新問題。富含水的行星化學(xué)循環(huán)，可能與地球等巖石行星的地球化學(xué)循環(huán)截然不同。

博科園｜www.bokeyuan.net

博科園｜研究/來自：亞利桑那州立大學(xué)

參考期刊《美國國家科學(xué)院院刊》

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)