冰行星表面深处正在发生什么？有液态水吗？

　　冰行星表面深处正在发生什么？有液态水吗？如果有，液态水如何与行星状岩石“海底”相互作用？新实验表明，在地球大小到六倍于地球大小的水冰行星上，水会选择性地从典型的岩石矿物中浸出镁。在实验室中重现了压力为 10 万个大气压和高于 1000摄氏度的条件，并模拟了类似的行星，但比海王星和天王星小。

　　水岩相互作用的在地球的机制“ S面是众所周知的，和H的复合周期的画面2 ó在我们和其他陆地行星的深内部也在不断提高。然而，我们不知道在比地球上最深的海洋底部高几个数量级的压力和温度下，炎热、稠密的H2O和水冰行星的深层岩石壳之间的界面会发生什么。在太阳系中，海王星和天王星被归类为冰巨星；它们有一个很厚的外部水冰层，下面是一个很深的岩石层，目前仍在讨论界面处的温度是否足够高以形成液态水。

　　由韩国首尔延世大学 Taehyun Kim 带领的国际研究团队，包括来自亚利桑那大学、DESY、阿贡国家实验室和 GFZ 德国地球科学研究中心的 Sergio Speziale 的科学家，进行了一系列具有挑战性的研究。在 PETRA III（汉堡）和高级光子源（美国阿贡）进行的实验显示了水如何从某些矿物质中强烈浸出氧化镁 （MgO），即方  镁石 （Mg,Fe）O 和橄榄石 （Mg,Fe） 2 SiO 4 压力介于 20 到 40 吉帕 （GPa） 之间。这相当于地球大气压力的 200,000 到 400,000 倍，温度高于 1500 K （ ～ 1230 °C），存在于深海和亚海王星类水行星岩石地幔之间的界面处的条件。

　　Sergio Speziale 说：“这些发现为海王星和天王星等大型冰行星的热历史开辟了新的前景。” 这项研究的结果发表在科学杂志《自然天文学》上。

　　将亚铁镁石或橄榄石粉末的微小颗粒与水一起装入在金属箔中钻孔的微小样品室（直径小于 1 毫米）中，并使用金刚石砧座 （DAC） 挤压在两颗宝石级钻石尖底之间。通过将红外激光照射穿过金刚石砧来加热样品。同步加速器 X 射线衍射用于确定与水反应引起的矿物转化和分解。

　　在整个加热和淬火循环中，观察到起始矿物的衍射信号突然下降，并出现新的固相，包括水镁石(氢氧化镁)。Sergio Speziale 解释说：“这证明了亚铁镁石和橄榄石中化学反应的开始和氧化镁成分的溶解；在20至40吉帕斯卡和1250至2000开尔文的特定压力-温度范围内，溶解最强。”

　　通过对回收样品的彻底扫描电子显微镜 （SEM） 和 X 射线光谱证实了反应过程的细节以及随后 MgO 从残留相中的化学分离。“在这些极端的压力和温度下，氧化镁在水中的溶解度达到与环境条件下盐相似的水平。”Sergio Speziale 说。

　　科学家们得出结论，在H2O层和下面的岩石地幔之间的界面上，氧化镁的强烈溶解可能在富含水的海王星下系外行星(如TRAPPIST-1f)中产生行星历史早期高温阶段的化学梯度。行星的早期阶段热“的历史。这些在行星海底具有差异化分布的氧化镁梯度可以在其长期的冷却演变过程中得到部分保留。在行星吸积过程中，水和岩石物质之间最初相对较浅的相互作用轨迹也可以在天王星大小的大型冰行星上保存数十亿年。