研究顯示超級地球內(nèi)部的高溫高壓可能將一些金屬熔化為液態(tài)，這種機制有可能導(dǎo)致磁場的產(chǎn)生
北京時間12月4日消息，據(jù)國外媒體報道，天文學(xué)家們將那些質(zhì)量比地球大，但是遠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“超級地球”行列?，F(xiàn)在科學(xué)家們認為這類系外行星上可能擁有液態(tài)金屬的“海洋”以及可以保護生命存在的磁層。
實驗室測試顯示，在超級地球上存在的巨大熱量和壓強狀況下，氧化鎂和其它一些在類地行星地幔中常見的礦物會轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)金屬形態(tài)。這項研究將有助于理解超級地球上的環(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，來模擬一顆質(zhì)量為地球3~10倍的超級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)的金屬從物理上看就有可能承擔(dān)起一種被稱作“發(fā)電機”的角色，而這是一顆行星產(chǎn)生磁場的關(guān)鍵。
任職于美國卡內(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：“一般認為行星磁場保護著其上生活的生命，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)量的超級地球擁有磁場，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：“磁場的存在肯定會對生命的演化造成影響。關(guān)于磁場的缺失是否會導(dǎo)致生命無法發(fā)展，我想這是一個開放性的問題。”他說：“對于一顆類地行星而言，要想產(chǎn)生磁場并不容易，因為核區(qū)的傳熱效率較高，熱量很容易向外散失，這降低了對流產(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)。”
這項發(fā)現(xiàn)不但讓目前我們對于行星形成和演化的模型變得更加復(fù)雜，同時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。在地球這樣的類地行星演化早期，很有可能整個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，一些超級地球上可能仍然存在著這樣的巖漿洋。”
然而，這項實驗也顯示這些超級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)被人們在計算機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復(fù)制超級地球內(nèi)部環(huán)境的實驗。麥克威廉姆斯表示：“要想全面理解一顆行星，我們需要模擬整個系統(tǒng)。這可以通過先進的計算機模型實現(xiàn)，在這一過程中我們可以描述行星磁場的形成機制。下一部要做的就是確認這種模型是否可以驗證我們的這項發(fā)現(xiàn)。”有關(guān)這項研究的論文已經(jīng)發(fā)表在了本周出版的《科學(xué)》雜志上。