海王星和天王星上的深水可能富含镁

CK编译，谢绝转载，来源 亚利桑那州立大学

在实验室中，在一个橄榄石样品上使用了钻石砧（右上）和激光，以达到在天王星氢气氛下水层顶部（左）

尽管科学家已经对太阳系中的岩石行星（例如地球和火星）积累了相当多的知识，但对冰冷，富含水的行星海王星和天王星的了解却很少。

在最近发表在《自然天文学》上的一项新研究中，一组科学家在实验室中重新创建了海王星和天王星内部的温度和压力，从而对这些行星深水层的化学性质有了更深入的了解。他们的发现也为我们太阳系以外富含水的系外行星上海洋的组成提供了线索。

通常认为海王星和天王星有不同的独立层，由大气，冰或流体，岩石地幔和金属核组成。对于这项研究，研究团队对深层内部的水和岩石之间可能发生的反应特别感兴趣。

韩国延世大学的主要作者Taehyun Kim说：“通过这项研究，我们正在寻求扩展我们对冰巨星内部深处的认识，并确定在极端条件下可能存在哪些水-岩相互作用。” “与陆地行星不同，冰巨人和一些系外行星具有非常深的水层。我们提出了在冰巨人内部将两种构建行星的物质（水和岩石）原子级混合的可能性。”

为了模拟实验室中海王星和天王星上深水层的状况，研究小组首先将典型的岩石形成矿物（橄榄石和铁镁硅石）浸入水中，然后将样品在钻石砧中压缩至非常高的压力。然后，为了监测矿物质和水之间的反应，他们进行了X射线测量，同时用激光将样品加热到高温。

发生的化学反应导致水中的镁含量较高。基于这些发现，研究小组得出结论，富含水的行星上的海洋可能不具有与地球海洋相同的化学特性，而高压会使这些海洋富含镁。

研究合著者Sang-Heon Dan Shim说：“我们发现镁在高压下变得更易溶于水。事实上，镁在天王星和海王星的水层中的溶解度可能与盐在地球海洋中的溶解度一样。”亚利桑那州立大学的地球与太空探索学院。

橄榄石样品的电子显微镜图像显示出大的空穹顶结构，其中高压水下的镁以氧化镁的形式沉淀。

这些特征也可能有助于解决为什么天王星的大气层比海王星的大气层冷得多的谜团，尽管它们都是富含水的行星。如果天王星的水层中有更多的镁存在于大气层以下，它可能会阻止热量从内部逸散到大气中。

Shim说：“富含镁的水可能像行星内部的隔热毯一样起作用。”

除了我们的太阳系，这些高压和高温实验还可以帮助科学家更好地了解海王星系外行星，它们是我们太阳系之外的行星，其半径或质量都比海王星小。

亚海王星行星是迄今为止我们所知道的最常见的系外行星类型，研究这些行星的科学家认为，其中许多行星可能具有厚厚的富水层和内部岩石。这项新的研究表明，这些系外行星的深海与地球的海洋将大不相同，并且可能富含镁。

Shim说：“如果早期的动态过程使这些系外行星发生岩水反应，那么最顶层的水 层可能富含镁，这可能会影响行星的热历史。”

对于下一步，该小组希望在各种条件下继续进行高压/高温实验，以了解有关行星组成的更多信息。

“这个实验为我们提供了进一步探索冰巨星中未知现象的计划，”金说。

探索

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更多信息： Taehyun Kim等。《自然天文学》（Natural Astronomy，2021年），《 MgO和H2O在富水行星深层内部的原子尺度混合》。DOI：10.1038 / s41550-021-01368-2

期刊信息： 自然天文学