导读 劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和约翰霍普金斯大学的研究人员揭开了超级地球系外行星内部的新秘密，有可能彻底改变我们对这些遥远世界的理...

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)和约翰霍普金斯大学的研究人员揭开了超级地球系外行星内部的新秘密，有可能彻底改变我们对这些遥远世界的理解。

这项研究的重点是氧化镁(MgO)，它是地球下地幔的重要组成部分，人们认为它在大型岩石系外行星的地幔中发挥着类似的作用。MgO以其简单的岩盐(B1)晶体结构和地球物理意义而闻名，它在极端条件下的行为长期以来一直引起科学家的兴趣。

超级地球，即质量和半径大于地球但小于海王星等冰巨星的行星，通常被认为具有与我们太阳系中的类地行星相似的成分。鉴于其地幔内的极端压力和温度，MgO预计将从其B1结构转变为氯化铯(B2)结构。这种转变显著改变了MgO的性质，包括粘度急剧下降，这会极大地影响行星的内部动力学。

为了确定发生这种转变的压力，LLNL团队及其合作者设计了一个新颖的实验平台。该平台将激光冲击压缩与压力、晶体结构、温度、微观结构纹理和密度的同步测量相结合，这是一种前所未有的方法。

科学家们在罗彻斯特大学激光能量学实验室的Omega-EP激光设备上进行了12项实验，将MgO压缩至高达634GPa(634万个大气压)的超高压，持续数纳秒。他们使用纳秒X射线源探测了这些条件下MgO的原子结构。

结果令人震惊：MgO中B1到B2的相变发生在400-430GPa压力范围内，焦化温度约为9,700K。超过470GPa时观察到B2-液体共存，并在634GPa时完全熔化。

“这项研究首次提供了B1到B2相变的压力-温度起始点的直接原子级和热力学约束，并代表了有史以来记录的最高温度X射线衍射数据，”LLNL科学家RaySmith说道，他是《科学进展》杂志上发表的一篇论文的作者。“这些数据对于开发超级地球内部过程的精确模型至关重要。”

B1–B2转变是其他结构相变的模型，吸引了数十年的理论研究，重点研究促进这种变化的原子途径。研究小组使用正向模型模拟X射线衍射条件，阐明了MgO中B1–B2转变的机制。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家萨兰什·索德林德说：“我们的X射线衍射数据直接测量了冲击压缩下MgO的原子级变化，并首次确定了超级地球系外行星深地幔压力下的相变机制。”

其他研究贡献者包括劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家MariusMillot、DayneFratanduono、FedericaCoppari、MartinGorman和JonEggert，以及来自约翰霍普金斯大学、罗切斯特大学、普林斯顿大学和SLAC国家加速器实验室的合作者。