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激光挤压铁来模拟系外行星核心的情况

物理学家用激光敲打铁,模拟了一些大型岩石系外行星的核心。研究人员于4月16日在《自然天文学》杂志上发表报告称,这些测量结果为太阳系外几倍于地球质量的行星内部铁的运动提供了第一个线索。

加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家雷·史密斯说:“到目前为止,还没有关于大型系外行星中心这些物质状态的数据。”

在国家点火装置工作时,史密斯和他的同事们用176束激光瞄准了一个用金圆筒包裹的几微米厚的铁球。激光传输的能量超过300亿分之一秒,可以压缩铁,使其承受的压力达到地球海平面大气压力的1400万倍。研究人员测量了不同压力下铁的密度是如何变化的。

史密斯说,这些高压被认为存在于岩石系外行星的铁芯中,这些铁芯的质量是地球的三到四倍。虽然我们的太阳系没有任何这样大的行星,但它们是银河系中最常见的系外行星。先前的模拟表明,这些岩石世界的内部组成可能与地球类似。

这种相似性带来了希望,即系外行星可能具有使地球适于生命生存的特征,例如磁场或板块构造(SN: 4/30/16, p. 36)。美国国家航空和宇宙航行局(NASA)最新的系外行星搜寻望远镜名为苔丝(TESS),计划于4月16日晚发射升空,预计将发现数百颗这种大小的行星(SN Online: 4/12/18)。

但是太阳系外行星内部的细节很难弄清楚。到目前为止,研究人员不得不从低压测量中推断出铁在高压下的行为,这带来了不确定性。通过新的测量,科学家们可以更加确信他们的模拟反映的是真实的行星。

在此之前,史密斯和他的同事们通过将金刚石压缩到更大的压力下取得了一些进展(SN: 8/9/14, p. 20)。钻石很容易压缩,但不太可能在岩石系外行星的深处发现。

位于坦佩的亚利桑那州立大学的外空地质学家Cayman Unterborn说:“这是第一个矿物物理实验,它将更适用于每一个行星。”“一旦我们开始用这些新任务来描述系外行星,这将变得非常重要。”

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