雖然科學(xué)家們已經(jīng)積累了關(guān)于我們太陽(yáng)系中的巖石行星，如地球和火星的大量知識(shí)，但對(duì)較遠(yuǎn)距離的富含冰水的行星，海王星和天王星的了解卻少得多。在最近發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上的一項(xiàng)新研究中，一個(gè)科學(xué)家小組在實(shí)驗(yàn)室中重新創(chuàng)建了海王星和天王星內(nèi)部的溫度和壓力，并在此過(guò)程中對(duì)這些行星的深層水的化學(xué)成分有了更多的了解。

他們的發(fā)現(xiàn)也為我們太陽(yáng)系外富含水分的系外行星上的海洋組成提供了線索。

傳統(tǒng)上認(rèn)為海王星和天王星有不同的獨(dú)立層，由大氣層、冰或流體、巖石地幔和金屬核心組成。對(duì)于這項(xiàng)研究，研究小組對(duì)深層內(nèi)部的水和巖石之間可能的反應(yīng)特別感興趣。

首席作者、韓國(guó)延世大學(xué)的Taehyun Kim說(shuō)："通過(guò)這項(xiàng)研究，我們正在尋求擴(kuò)大我們對(duì)冰巨星內(nèi)部深處的了解，并確定在極端條件下可能存在的水-巖石相互作用。冰巨星和一些系外行星有非常深的水層，與陸地行星不同。我們提出了冰巨星內(nèi)部?jī)煞N造星材料(水和巖石)的原子級(jí)混合的可能性。"

在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)橄欖石樣品使用了金剛石安瓿(右上)和激光，以達(dá)到天王星氫氣層下水層頂部預(yù)期的壓力-溫度條件(左)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，橄欖石中的鎂溶解在水中。資料來(lái)源：Shim/ASU

為了在實(shí)驗(yàn)室中模擬海王星和天王星上的深水層的條件，研究小組首先將典型的成巖礦物，橄欖石和鐵橄欖石浸泡在水中，并將樣品在一個(gè)金剛石真空泵中壓縮到非常高的壓力。然后，為了監(jiān)測(cè)礦物和水之間的反應(yīng)，他們?cè)谟眉す鈱悠芳訜岬礁邷貢r(shí)進(jìn)行X射線測(cè)量。

由此產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致了水中鎂的高濃度?；谶@些發(fā)現(xiàn)，研究小組得出結(jié)論，富水行星上的海洋可能不具有與地球海洋相同的化學(xué)特性，高壓會(huì)使這些海洋富含鎂。

"我們發(fā)現(xiàn)，鎂在高壓下變得更容易溶于水。事實(shí)上，鎂在天王星和海王星水層中的溶解度可能與鹽在地球海洋中的溶解度一樣，"研究的共同作者、亞利桑那州立大學(xué)地球和空間探索學(xué)院的Sang-Heon Dan Shim說(shuō)。

橄欖石樣品的電子顯微鏡圖像顯示了一個(gè)大的空穹頂結(jié)構(gòu)，鎂在高壓水下沉淀為氧化鎂。

這些特征也可能有助于解決天王星的大氣層比海王星的大氣層冷得多的謎團(tuán)，盡管它們都是富含水的行星。如果天王星大氣層以下的水層中存在更多的鎂，它可能會(huì)阻止熱量從內(nèi)部逃逸到大氣層中。

Shim說(shuō)："這種富含鎂的水可能像行星內(nèi)部的熱毯。在我們的太陽(yáng)系之外，這些高壓和高溫實(shí)驗(yàn)也可能幫助科學(xué)家對(duì)海王星以下的系外行星有更多的了解，這些行星是我們太陽(yáng)系之外的行星，其半徑或質(zhì)量比海王星小。"

海王星以下的行星是我們迄今所知的最常見(jiàn)的系外行星類型，研究這些行星的科學(xué)家假設(shè)，其中許多行星可能有一個(gè)厚厚的富水層，內(nèi)部是巖石。這項(xiàng)新的研究表明，這些系外行星的深層海洋將與地球的海洋大不相同，可能是富含鎂的。

Shim說(shuō)："如果早期的動(dòng)態(tài)過(guò)程使這些系外行星發(fā)生了巖石-水反應(yīng)，那么最頂層的水層可能富含鎂，可能會(huì)影響行星的熱歷史。"

對(duì)于下一步，該團(tuán)隊(duì)希望繼續(xù)在不同條件下進(jìn)行高壓/高溫實(shí)驗(yàn)，以了解更多關(guān)于行星的組成。

關(guān)鍵詞： 海王星 天王星 鎂元素 深層冰