遥远世界的深处发生了什么？对生命存在至关重要的物理学和化学

　　这一发现可能会对我们如何看待系外行星内部的动力学产生革命性的影响。

　　正如我们所知，地球深处发生的物理和化学是生命存在的基础。但是在遥远世界的内部是什么力量在起作用，这些条件是如何影响它们的可居住性的？

　　由卡内基地球和行星实验室领导的新工作使用基于实验室的模拟来揭示一种新的晶体结构，这对我们了解大型岩石系外行星的内部具有重要意义。他们的发现发表在美国国家科学院院刊上。

　　“我们星球的内部动态对于维持生命可以繁衍生息的地表环境至关重要——驱动地球发电机，创造我们的磁场并塑造我们的大气成分。”主要作者卡内基的 Rajkrishna Dutta 解释说。“在超级地球等大型岩石系外行星深处发现的条件将更加极端。”

　　硅酸盐矿物构成了地球地幔的大部分，根据对其密度的计算，它们也被认为是其他岩石行星内部的主要组成部分。在地球上，硅酸盐在高压和高温条件下引起的结构变化定义了地球内部深处的关键边界，例如上地幔和下地幔之间的边界。

　　该研究小组包括卡耐基大学的莎莉·琼·特蕾西、罗恩·科恩、弗朗西丝卡·米奥齐、罗凯和杨静，以及内华达大学拉斯维加斯分校的帕梅拉·伯恩利、阿贡国家实验室的迪恩·史密斯和孟玥、芝加哥大学的斯特拉·查里顿和维塔利·普拉卡彭卡以及普林斯顿大学的托马斯·达菲，他们对在模拟遥远世界发现的条件下探索新形式硅酸盐的出现和行为感兴趣。

　　“几十年来，卡内基的研究人员一直是通过将少量材料样本置于巨大压力和高温下重建行星内部条件的领导者。”达菲说。

　　但是科学家们在实验室中重建系外行星内部条件的能力存在局限性。理论模型表明，新相的硅酸盐会在预计会在岩石系外行星的地幔中发现的压力下出现，这些行星的质量至少是地球的四倍。但这种转变尚未被观察到。

　　然而，锗是硅的良好替代品。这两种元素形成相似的晶体结构，但锗会在较低的温度和压力下诱导化学相之间的转变，这在实验室实验中更容易产生。

　　通过使用锗酸镁 Mg 2 GeO 4，类似于地幔中最丰富的硅酸盐矿物之一，该团队能够收集有关超级地球和其他大型岩石系外行星的潜在矿物学信息。

　　在大约 200 万倍正常大气压下，出现了具有独特晶体结构的新相，其中一个锗与八个氧键合。

　　“对我来说最有趣的是镁和锗，两种截然不同的元素，在结构中相互替代。”科恩说。

　　在环境条件下，大多数硅酸盐和锗酸盐以所谓的四面体结构组织，一个中心硅或锗与四个其他原子键合。然而，在极端条件下，这种情况可能会改变。

　　“在极端压力下，硅酸盐可以呈现出围绕六个键而不是四个键的结构，这一发现在科学家对地球深部动力学的理解方面彻底改变了游戏规则。”特雷西解释说。“八倍方向的发现可能对我们如何看待系外行星内部的动力学产生类似的革命性影响。”