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”被認為覆蓋著一層厚厚的水，深達數(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領(lǐng)導的一個國際研究小組：

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

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。為了在實驗室中模擬這種高壓和溫度，主要作者兼研究科學家卡羅爾·尼斯爾(Carole Nisr)在亞利桑那州立大學(ASU)的Shim地球和行星材料實驗室使用高壓鉆石砧座進行了實驗。在實驗中，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驗室進行了激光加熱，為了監(jiān)測二氧化硅和水之間的反應，當激光在高壓下加熱樣品時，進行了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為富含水的行星水層和巖層是分開的，但通過實驗，發(fā)現(xiàn)水和二氧化硅之間有一種以前未知的反應，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’。

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

博科園｜研究/來自：亞利桑那州立大學

參考期刊《美國國家科學院院刊》

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