研究顯示超級(jí)地球內(nèi)部的高溫高壓可能將一些金屬熔化為液態(tài)，這種機(jī)制有可能導(dǎo)致磁場(chǎng)的產(chǎn)生
北京時(shí)間12月4日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，天文學(xué)家們將那些質(zhì)量比地球大，但是遠(yuǎn)小于木星或海王星這樣的氣態(tài)巨行星的系外行星類別歸為“超級(jí)地球”行列。現(xiàn)在科學(xué)家們認(rèn)為這類系外行星上可能擁有液態(tài)金屬的“海洋”以及可以保護(hù)生命存在的磁層。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，在超級(jí)地球上存在的巨大熱量和壓強(qiáng)狀況下，氧化鎂和其它一些在類地行星地幔中常見(jiàn)的礦物會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬形態(tài)。這項(xiàng)研究將有助于理解超級(jí)地球上的環(huán)境條件，包括判斷其是否有可能支持生命的存在。
科學(xué)家們將一份氧化鎂置于高能激光的照射之下，來(lái)模擬一顆質(zhì)量為地球3~10倍的超級(jí)地球類系外行星上的溫度和壓力環(huán)境。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種礦物在這種條件下先是轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N具有新型晶體結(jié)構(gòu)的固體物質(zhì)，隨后便完全轉(zhuǎn)變成了液態(tài)金屬。在那種情況下，這種呈液態(tài)的金屬?gòu)奈锢砩峡淳陀锌赡艹袚?dān)起一種被稱作“發(fā)電機(jī)”的角色，而這是一顆行星產(chǎn)生磁場(chǎng)的關(guān)鍵。
任職于美國(guó)卡內(nèi)基研究院和霍華德大學(xué)的地球物理學(xué)家斯蒂沃特·麥克威廉姆斯(Stewart McWilliams) 在一封電子郵件中表示：“一般認(rèn)為行星磁場(chǎng)保護(hù)著其上生活的生命，使它們免受宇宙輻射的傷害。而此次我們所發(fā)現(xiàn)的便是，可能有比我們預(yù)想更多數(shù)量的超級(jí)地球擁有磁場(chǎng)，其產(chǎn)生的原因是在這些行星的內(nèi)部的巖石轉(zhuǎn)變成了金屬液體。這將構(gòu)成宇宙中生命存在的新環(huán)境。
來(lái)自加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家大衛(wèi)·史蒂文森(David Stevenson)表示：“磁場(chǎng)的存在肯定會(huì)對(duì)生命的演化造成影響。關(guān)于磁場(chǎng)的缺失是否會(huì)導(dǎo)致生命無(wú)法發(fā)展，我想這是一個(gè)開放性的問(wèn)題。”他說(shuō)：“對(duì)于一顆類地行星而言，要想產(chǎn)生磁場(chǎng)并不容易，因?yàn)楹藚^(qū)的傳熱效率較高，熱量很容易向外散失，這降低了對(duì)流產(chǎn)生的可能性。因此如果核心是熱的不良導(dǎo)體反而將是最理想的狀態(tài)。”
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不但讓目前我們對(duì)于行星形成和演化的模型變得更加復(fù)雜，同時(shí)也讓行星的地幔和地核區(qū)域的界限更加模糊。麥克威廉姆斯表示：“行星內(nèi)部的熔融狀態(tài)是非常重要的，對(duì)于地球這樣的行星而言，內(nèi)部的熔融導(dǎo)致了我們身邊的很多現(xiàn)象，包括火山以及地球的磁場(chǎng)。在地球這樣的類地行星演化早期，很有可能整個(gè)行星都處于整體的熔融狀態(tài)，在其地表形成巖漿洋。甚至在今天，一些超級(jí)地球上可能仍然存在著這樣的巖漿洋。”
然而，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也顯示這些超級(jí)地球上的巖漿洋可能是由液態(tài)金屬組成的。氧化鎂并非唯一一種對(duì)類地行星至關(guān)重要的礦物，其他巖石礦物，包括鈣鈦礦和石英在高溫高壓環(huán)境下也同樣展示出了相似的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。麥克威廉姆斯表示：“它們從我們?nèi)粘Ｔ诘厍虮砻婵吹降哪欠N透明，絕緣的物質(zhì)，轉(zhuǎn)變成了導(dǎo)電物質(zhì)，看上去更像是行星內(nèi)部的鐵。”
氧化鎂這種礦物已經(jīng)被人們?cè)谟?jì)算機(jī)模擬和理論模型中研究了數(shù)十年之久，然而還從未有人從事過(guò)復(fù)制超級(jí)地球內(nèi)部環(huán)境的實(shí)驗(yàn)。麥克威廉姆斯表示：“要想全面理解一顆行星，我們需要模擬整個(gè)系統(tǒng)。這可以通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型實(shí)現(xiàn)，在這一過(guò)程中我們可以描述行星磁場(chǎng)的形成機(jī)制。下一部要做的就是確認(rèn)這種模型是否可以驗(yàn)證我們的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)。”有關(guān)這項(xiàng)研究的論文已經(jīng)發(fā)表在了本周出版的《科學(xué)》雜志上。