在十亿分之一秒的时间里，两个铁合金样品在一个“超级地球”行星中心受到巨大的压力，这颗行星体积是地球的三倍。但是，在2000个这样的超级地球中，没有一个发现绕着其他恒星运行，而是在我们的地球上——它被激光爆炸 了。据研究人员在一项新研究报告中称，人们对地球内核所发生的事情知之甚少，甚至对那些比地球还要大但比海王星还小的多岩态超级地球所知甚少——这是我们太阳系中所没有的。研究人员的工作标志着对压力下材料的一个里程碑式的测量，并为如何建模这些神秘世界的特性提供了见解。
研究人员使用了罗切斯特大学的Omega设备，用激光将铁硅样品压缩到遥远超级地球核心的超高压力中。图片：Laboratory for Laser Energetics
普林斯顿大学(Princeton University)的地球科学家、新工作的合著者托马斯·达菲(Thomas Duffy)在一份声明中说：现在有了一种技术，可以直接接触到外部行星内部的极端压力，测量重要的性能。研究人员预测，岩态行星的核心是由铁元素组成的，其中含有更轻的元素，比如硅。因此他们开始研究在行星核心深处的这种组合会发生什么。地球的核心是铁合金与约10%的较轻的元素和硅是一个最好组合。关于晶体结构的知识是构成行星内部物质的最基本的信息，因为所有其他物理和化学性质都来自于晶体结构。
为了测量这些晶体结构，研究小组用高能激光照射在钻石之间的样品。激光将钻石的边缘蒸发，将其中的一部分转化成等离子体，并将其向前推进，创造了极高压的条件。研究人员说，立即通过样本发送x射线来测量其原子结构，这是x射线衍射所记录的最高压力条件。压力达到了1314亿吨，是地球上海平面压力的1300多万倍，是地球核心压力的3.5倍。研究人员发现，在最高的压力下，硅元素较少的样品将其原子排列成紧密的六边形晶体结构，而硅元素较多的则是立方体结构，在中心的原子周围形成一个立方体，周围有8个原子(被称为以体为中心的立方排列)。
一项新的实验创造了一个比地球大三倍以上的外星世界的压力，这是一个超级地球，用来研究在它的深处发生的物质。图片：M. Kornmesser/ESO
还测量了不同压力水平下的样品密度，发现合金的密度是地球表面密度的2.5倍，与金或铂的密度相当。在超级地球的核心，这种材料会导致一个更大、更低的核心，而不是由铁构成。纯铁芯是不现实的，由于行星形成过程不可避免地会导致大量较轻的元素的加入。研究是第一个考虑这些更现实的核心成分的研究。接下来，研究人员计划测试其他光元素，如碳或硫，在高温下对铁合金的影响，从而形成系外行星核。耶鲁大学地球物理学家Kanani Lee在声明中说：x射线衍射和休克实验的方法还处于初级阶段，所以看到一个‘真实世界’应用于地球的核心和其他领域是令人兴奋的。
戴安娜·巴伦西亚(Diana Valencia)是托伦托斯卡伯勒大学(University of Toronto-Scarborough)的行星科学家，她专注于“超级地球”和“迷你海王星”，并没有参与这项研究。这项研究中使用的新技术是对太阳系外行星研究“非常重要的”贡献。这是一项很好的研究，因为我们不只是从低压力中推断出最好的结果。这实际上给了我们‘最好的’数据，因此模型就变得更好了。该研究的研究人员补充说，他们的技术可以比以往任何时候都更大的压力测量样本，这将让研究人员更加确定地观察潜在行星的核心。
对于地质学家来说，发现了这么多的太阳系外行星，开启了探索新领域的大门。现在意识到，在太阳系中，行星的种类远远超出了有限的例子，而且还有更广泛的压力、温度和组成空间，必须加以探索。了解这些大型岩体的内部结构和组成，是探索板块构造、磁场产生、热演化、甚至是否适宜居住等基本问题的必要条件。
博科园-科学科普｜文：Sarah Lewin/Space
