Nat. Geosci：氧化铁相变对岩质系外行星内部的影响

地文周见 · 公众号 · 科学 · 2024-10-08 16:02

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大量太阳系外行星的发现，其特征是大小、质量和轨道的出乎意料的多样性，挑战了人们对太阳系行星形成和演化的理解，以及将地球视为典型宜居世界的看法。许多系外行星似乎是岩质行星，但质量比地球大，其内部深处的预期压力和温度为数百千兆帕和数千开尔文。在这些条件下，主导其地幔的布里奇曼石（bridgmanite）和铁方镁石（ferropericlase）的性质在未受到约束，限制了人们对其内部结构的了解。

来自美国加利福尼亚州利弗莫尔劳伦斯利弗莫尔国家实验室的F. Coppari及合作者们使用纳秒X射线衍射（nano-second X-ray diffraction）和动态压缩实验研究了氧化铁（FeO）的原子结构和密度（图1），氧化铁是(Mg, Fe)O铁方镁石固溶体的末端成员之一，实验压力高达700 GPa，超过了5个地球质量行星的地核-地幔边界。数据记录了高压氯化铯B2结构在300GPa以上的稳定性，远低于氧化镁（MgO）采用相同相所需的压力（图2，图3）。这些观测结果，再加上二元MgO-FeO相图的计算（图4），揭示了大型类地系外行星内部复杂的分层和流变。