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遥远星球的内在化学可能与地球不同

发布时间:2018-05-16  点击数:[60]

em新的研究表明,过氧化镁可能在我们的太阳系外部岩石行星极其氧化的护层和岩芯中丰富。 / em

华盛顿特区 - 随着天文学家们继续在遥远的恒星周围发现新的岩石行星,高压物理学家正在考虑这些行星的内部可能是什么样子,以及他们的化学可能与地球上发现的不同。来自包括三名卡内基科学家的团队的新工作表明,与地球相比,不同的镁化合物可能在其他行星内丰富。他们的工作由Scientific Reports公布。

氧和镁是地幔中最丰富的两种元素。然而,当科学家预测我们自己的太阳系以外的岩石,陆地行星的化学成分时,他们不应该认为其他岩石行星会具有类似地球的地幔矿物学,根据包括卡内基的谢尔盖洛巴诺夫,尼古拉斯霍尔特格雷韦和亚历山大·冈恰罗夫。

已知有岩石行星的恒星在化学成分上有所不同。这意味着这些岩石行星的矿物质可能彼此不同,也可能来自我们自己的地球。例如,在含有岩石行星的恒星中观察到氧含量升高。因此,在其他岩石行星的内部,氧气可能更丰富,因为恒星的化学组成会影响周围形成的行星的化学组成。如果一颗行星比地球更氧化,那么这也可能影响其内部发现的化合物的组成,包括本研究主题的镁化合物。

已知氧化镁MgO即使在非常高的压力下也非常稳定。在地球下地幔的条件下它并不具有反应性。尽管过氧化镁MgO2可以在高氧浓度的实验室中形成,但是在加热时它会非常不稳定,就像行星内部的情况那样。

先前的理论计算表明,过氧化镁在高压条件下会变得稳定。进一步考虑这个想法,该团队着手测试是否可以在模拟行星内部的极端条件下合成稳定的过氧化镁。

使用激光加热的金刚石铁砧电池,他们将氧化镁和氧气的非常小的样品带到不同的压力下,以模拟行星内部,从环境压力到正常大气压力的160万倍(0-160千兆帕),然后加热达到3,140华氏度(2,000开尔文)以上的温度。他们发现,在正常大气压(96千兆帕斯卡)的约950,000倍下和在3410华氏度(2,150开尔文)的温度下,氧化镁与氧反应形成过氧化镁。

“我们的研究结果表明,过氧化镁可能在我们的太阳系之外的岩石行星极其氧化的核和岩芯中富集”,论文的第一作者Lobanov说:“当我们开发有关遥远行星的理论时,重要的是我们不要假设它们化学和矿物学就像地球一样。“

Goncharov补充说:“这些研究结果提供了高压实验室实验不仅可以教给我们关于我们自己的星球的方法的另一个例子,而且还有可能涉及遥远的行星。

由于其化学惰性,MgO长期以来一直被用作将热量和压力传递给实验样品的导体。 “但是,关于高压下化学反应性的这种新信息意味着MgO的这种实验用途需要修改,因为在环境条件下这种非常稳定的材料可能在高压下产生不希望的反应,”Goncharov补充说。

其他合着者是石溪大学的朱强和Artem Oganov以及芝加哥大学的Clemens Prescher和Vitali Prakapenka。

这项研究由深碳观测站,国家科学基金会,DARPA,俄罗斯联邦政府以及外国人才引进和学术交流计划资助。在美国能源部-BES的支持下,在XSEDE设施和布鲁克海文国家实验室功能非材料中心的集群上进行了计算。

出版物:Sergey S. Lobanov等人,“高压下稳定的过氧化镁”,Scientific Reports 5,文章编号:13582(2015); DOI:10.1038 / srep13582

来源:卡内基科学研究所

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