像天王星和海王星這樣的大行星，可能含有游離氫比之前假設(shè)的要少得多。來自德國Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)研究人員將激波穿過兩種類型的塑料，使其達到這些行星內(nèi)部存在的相同溫度和壓力，并利用超強x射線激光脈沖觀察了這種行為。

出乎意料的是，其中一種塑料即使在最極端壓力下也能保持其晶體結(jié)構(gòu)。據(jù)《科學(xué)報告》(Scientific Reports)報道，由于冰巨星內(nèi)部的組成成分與塑料相同，行星模型可能需要部分重新考慮。

博科園-科學(xué)科普：碳和氫是宇宙中最豐富的元素之一，也是天王星和海王星等冰冷巨行星的主要成分。在大氣層外，這些原子以甲烷的形式存在，但在大氣層深處，高壓會導(dǎo)致更復(fù)雜的碳氫化合物結(jié)構(gòu)。預(yù)測物質(zhì)在這些條件下的相和結(jié)構(gòu)是行星研究的重要問題之一。為了更好地了解冰巨行星的結(jié)構(gòu)，由HZDR的兩位研究人員Nicholas Hartley博士和Dominik Kraus博士領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊在實驗室實驗中研究了兩種塑料：聚苯乙烯和聚乙烯。這些物質(zhì)在化學(xué)上與行星內(nèi)部的碳氫化合物相似。在美國SLAC國家加速器實驗室科學(xué)家們將這些樣本暴露在海王星和天王星表面以下約1萬公里處的環(huán)境中。

在這個深度，壓力幾乎和地核一樣高，是地球表面大氣壓力的200萬倍。在如此高的壓力和溫度下，研究人員認為唯一可能的結(jié)構(gòu)是鉆石，或者樣品會被熔化。相反觀察到穩(wěn)定的碳氫化合物結(jié)構(gòu)達到最高壓力，但只有聚乙烯樣品；哈特利說：我們對這個結(jié)果感到非常驚訝，我們沒想到在如此極端的條件下，不同初始狀態(tài)會造成如此大的差異。直到最近，隨著更明亮的x射線源發(fā)展，才能夠研究這些材料。我們是第一個想到這可能的人——而且確實是這樣。由于實驗室冰巨星內(nèi)部的極端條件只能在很短時間內(nèi)達到，研究人員需要閃電般的測量方法。

目前，世界上只有為數(shù)不多的超快x射線激光設(shè)備，用于測量的時間非常少，而且要求很高?？藙谒购凸乩膶嶒灴偣搏@得了三個12小時的輪班，因此他們必須利用每一分鐘進行盡可能多的測量。用x射線激光沖擊樣品和探針只需要十億分之一秒。即使在實驗期間，研究人員也能識別出最初的結(jié)果：我們非常興奮，因為正如所希望的那樣，聚苯乙烯形成了類金剛石的碳結(jié)構(gòu)。然而，對于聚乙烯，沒有看到符合實驗條件的金剛石。

相反，有一個新的結(jié)構(gòu)，一開始無法解釋，通過將數(shù)據(jù)與之前在較低壓力下的結(jié)果進行比較，他們認為這是一種穩(wěn)定的聚乙烯結(jié)構(gòu)，在較低的壓力下，只有在環(huán)境溫度下才可以看到這種結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)表明，為了更好地了解冰晶的結(jié)構(gòu)和物理特性，更好地描述冰晶內(nèi)部溫度和壓力條件以及由此產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)的重要性。天王星和海王星的模型假設(shè)，這些行星不尋常的磁場可能來自自由氫，這些結(jié)果可能意味著，這比預(yù)期的要少。未來，研究人員希望使用包括氧氣在內(nèi)的混合物來更好地匹配行星內(nèi)部的化學(xué)成分。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來自:?亥姆霍茲德國研究中心協(xié)會

參考期刊文獻:《Scientific Reports》

DOI: 10.1038/s41598-019-40782-5

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