為了在原子尺度上測量高壓高溫下的晶體結構，一個裝有樣品的金剛石砧巢室與X射線（藍線）、激光束（橙色區域）對齊後，激光束便將樣品加熱到數千開（K）的溫度。圖中夾在金剛石砧之間的紅色/灰色小矩形就是樣品。
天體物理學觀測表明，富水分的類海王星系外行星在銀河系中很常見。科學家認為，這些“水世界”覆蓋著很深的海洋，其位於岩石地幔之上的液體深度從幾百到幾千英里不等。據美國“物理學組織”網站4月21日消息稱，為了更多地瞭解這類系外行星，在美國亞利桑那州立大學（Arizona State University）的領導下，一個國際研究小組在實驗室中對富含水分的系外行星進行了首個礦物學研究。相關研究結果日前刊發在《美國國家科學院院刊》雜誌上。
該論文的作者之一、亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的Dan Shim介紹道：“研究這些化學反應和過程是瞭解這些常見行星類型的重要一步。”
對此，普遍的科學推測是，水和岩石在這些水世界內部形成了不同的層次。因為水比較輕，在這些系外行星的水層下面，應有一層岩石。然而，水巖界面的極端壓力和溫度會從根本上改變該區域物質的行為表現。為了在實驗室中模擬這種高壓和高溫，該論文的第一作者、科學家Carole Nisr在該校的地球和行星材料實驗室中用承受高壓的金剛石砧巢室進行了實驗。
Nisr解釋道：“最初，人們認為富水分的系外行星的水層和岩石層是完全分開的，但我們在實驗中卻發現了一種發生於水和硅之間、以前不為人知的化學反應，並且發現兼具兩者的中間成分的固相具有的穩定性。換句話說，在高壓和高溫條件下，水和岩石之間的區別似乎模糊得令人吃驚。”
研究人員希望這些發現能夠提高我們對富水分系外行星的結構、組成及其地質化學循環過程的認識。正如Nisr所指出的，“富水分系外行星的地質化學循環過程可能與巖質行星（如地球）非常不同”。
編譯：朱明逸 審稿：西莫 責編：張夢
期刊編號： 0027-8424
原文鏈接： https://phys.org/news/2020-04-scientists-galaxy-worlds.html
閱讀更多 科技工作者 的文章
