天王星的“隔熱毯”：富含鎂元素的深水層

在實驗室內，研究人員用金剛石砧和鐳射模擬了天王星氫氣大氣下的水層頂部壓力-溫度條件。

在電子顯微鏡下，研究人員觀察到橄欖石樣品中存在巨大的空穹結構。在高壓水下，鎂沉澱為氧化鎂。

對於海王星和天王星等富含冰水的行星，人類一直了解甚少。phys。org網站當地時間5月18日報道，韓國延世大學和美國亞利桑那州立大學領導的團隊在實驗室中重現了海王星和天王星內部的溫度和壓力條件，更深入地瞭解了這兩顆行星深水層的化學成分。該成果發表在《自然·天文學》中，為探索系外行星的海洋組成提供了新線索。

科學家們通常認為，海王星和天王星由大氣、冰/流體、岩石地幔和金屬核心構成。在新研究中，研究人員對水和岩石之間可能發生的內部反應展開了研究。延世大學研究人員Taehyun Kim說：“我們希望擴充套件人類對冰巨星深層內部的認知，並確定極端條件下可能存在的水-巖相互作用。與類地行星不同，冰巨星與部分系外行星都有很厚的水層。我們猜測，在冰巨星內部，構成海王星和天王星的水和岩石在原子尺度上有混合可能性。”

為了在實驗室中模擬兩顆行星的深水層條件，研究人員首先將典型礦物橄欖石和鐵方鎂石浸入水中，然後將樣品壓入金剛石砧內，使其承受超強高壓。隨後，為了監測礦物質和水之間的反應，研究人員用鐳射將樣品加熱至高溫，並進行了X射線檢測。他們發現，高溫高壓化學反應使水中的鎂濃度變得非常高。因此，研究人員認為，含水行星上的海洋異於地球海洋，高壓會使前者富含鎂。亞利桑那州立大學研究人員Sang-Heon Dan Shim說：“鎂在高壓下更容易溶於水。事實上，鎂在天王星和海王星水層中的可溶性，與鹽分在地球海洋中的可溶性非常相似。”

研究人員表示，這些特徵也有助於解釋，為何天王星大氣層比海王星大氣層溫度更低——如果天王星大氣層下的水層含鎂量更高，它就能阻止熱量從內部散失到大氣中。Shim說：“富含鎂的水層就像行星的隔熱毯。”

研究人員指出，這類室內高壓、高溫實驗為科學家更好地瞭解亞海王星系外行星（太陽系外半徑或質量小於海王星的行星）奠定了基礎。亞海王星行星是人類目前所知的最常見系外行星。研究人員假設，其中許多行星可能有一層深厚的含水層，內部則是岩石。Shim說：“如果早期動態過程使這些系外行星發生了水-巖反應，那麼最上層的水層可能富含鎂元素，並且這可能會影響行星的熱歷史。”

下一階段，Shim等人希望開展不同條件下的高壓、高溫實驗，更多地瞭解行星組成。Kim說：“這項研究拉開了冰巨星探索計劃的序幕。”

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編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《自然·天文學》

期刊編號：2397-3366

原文連結：https：//phys。org/news/2021-05-deep-neptune-uranus-magnesium-rich。html

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