近日《科学进展》期刊发表文章，利用超级计算机模拟发现，在超级地球形成的高温高压环境下，钾、钍、铀等放射性生热元素更倾向于进入行星核，而非像地球一样集中在地幔。
这些元素在核内衰变产生的热量，为超级地球的核幔边界提供了更高的温度和热流，驱动地幔对流，从而维持更长时间的火山活动和磁场。这意味着超级地球可能拥有更稳定的地表环境，更有利于生命的起源和演化，颠覆了我们对超级地球演化和宜居性的传统认知，为探索地外生命提供新方向。
在寻找地球以外生命的过程中，类地系外行星一直是天文学家关注的焦点。超级地球
（super-Earths）
，顾名思义，是指质量和体积比地球大但比天王星和海王星小的行星。它们通常拥有与地球相似的岩石结构，并可能具备孕育生命的条件。
行星的火山活动和磁场是其宜居性的关键因素。火山活动释放地幔中的气体，为生命提供必要的物质基础；而磁场则像一面盾牌，保护行星免受来自恒星的有害辐射。然而，这些活动都需要能量来维持，其主要来源之一就是行星内部的放射性生热元素，例如钾（K）、钍（Th）和铀（U）。
在地球上，这些元素主要集中在地幔中，为地幔对流提供能量。而此前，科学家们普遍认为，
放射性生热元素
在地球和其他行星的形成过程中都会倾向于留在硅酸盐地幔中，而不是进入金属核。然而，这项新研究挑战了这一传统观点。
超级地球的内部结构和演化过程与地球有何不同？
放射性生热元素
在超级地球内部的分布和作用机制是什么？这些因素如何影响超级地球的火山活动、磁场和宜居性？
为了回答这些问题，普林斯顿大学的研究团队利用超级计算机模拟了超级地球的内部结构和演化过程。他们采用第一性原理分子动力学模拟和热力学积分方法，计算了K、Th和U在不同压力和温度条件下，在金属和硅酸盐熔体中的分配系数。
研究结果表明，在超级地球形成过程中，由于其核-幔分化的压力和温度远高于地球，K、Th和U等
放射性生热元素
会表现出与地球上截然不同的地球化学行为。它们不再像在地球上那样主要集中在地幔中，而是更倾向于进入行星的金属核。
研究人员进一步利用参数化模型模拟了超级地球的热演化过程。模型显示，由于
放射性生热元素
主要集中在核中，超级地球的核幔边界温度和穿过
核幔边界
的总热流都显著高于此前的预期。这将导致超级地球的火山活动和磁场持续时间远超预期，可能长达数十亿年甚至更久，远远超过太阳系内类地行星的寿命。
此前的研究大多忽略了核的冷却，认为超级地球的地幔只受内部加热的影响。而这项研究表明，
放射性生热元素
在核中的富集会显著影响核幔边界的热状态，进而改变整个行星的热演化过程。
超级地球的火山活动和磁场持续时间更长，意味着其表面环境可能更加稳定，更有利于生命的起源和演化。
这项研究为未来超级地球内部结构、热演化和宜居性研究提供了新的思路和方向。
超级地球内部可能存在一个“核动力熔炉”，为其火山活动和磁场提供了持久的能量来源。
未来的研究需要考虑更复杂的地幔对流模式、核幔边界的化学交换以及行星大气的演化等因素。
论文信息：
Haiyang Luo et al.
,
Radiogenic heating sustains long-lived volcanism and magnetic dynamos in super-Earths. Sci. Adv. 10, eado7603(2024).
以上就是这篇文章的主要内容，如需了解详情，请阅读原文。
样品袋
