新晶体结构将帮助科学家了解大型岩石系外行星的深处

相关研究报告已发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

来自卡内基大学的Rajkrishna Dutta指出：“我们星球的内部动力学对于维持一个生命可以茁壮成长的表面环境至关重要--驱动着创造我们磁场的地球动力并塑造着我们大气的组成。在大型岩质系外行星（如超级地球）的深处发现的条件将更加极端。”

硅酸盐矿物构成了地球地幔的大部分，根据对其密度的计算，还被认为是其他岩石行星内部的主要组成部分。 在地球上，硅酸盐在高压和高温条件下引起的结构变化确定了地球内部深处的关键边界，如上地幔和下地幔之间的边界。

该研究小组--包括来自卡内基大学的Sally June Tracy、Ron Cohen、Francesca Miozzi、Kai Luo和Jing Yang以及内华达大学拉斯维加斯分校的Pamela Burnley、阿贡国家实验室的Dean Smith和Yue Meng、芝加哥大学的Stella Chariton和Vitali Prakapenka以及普林斯顿大学的Thomas Duffy--对探测在模仿遥远世界中发现的硅酸盐的新形式的出现和行为感兴趣。

Duffy表示：“几十年来，卡内基研究人员一直是通过将小型材料样品置于巨大的压力和高温下来再现行星内部条件的领导者。”

但科学家们在实验室中重现系外行星内部条件的能力是有限制的。理论建模表明，在比地球质量至少大三倍的岩质系外行星的外壳中，预计会出现硅酸盐的新阶段。但这种转变还没有被观察到。

然而锗是硅的一个很好的替身。这两种元素形成了类似的晶体结构，但锗在较低的温度和压力下诱发了化学相之间的转变，这在实验室实验中可以得到更容易的管理。

锗酸镁(Mg2GeO4)类似于地幔中最丰富的硅酸盐矿物之一，该团队能收集到关于超级地球和其他大型岩石系外行星的潜在矿物学的信息。

在大约200万倍的正常大气压力下出现了一个新的相，其具有独特的晶体结构，涉及到一个锗跟八个氧原子的结合。

Cohen说道：“对我来说最有趣的事情是，镁和锗这两种非常不同的元素在结构中相互替代。”

在环境条件下，大多数硅酸盐和锗酸盐被组织成了所谓的四面体结构，一个中心硅或锗跟其他四个原子结合。然而在极端条件下，这可能会发生变化。

Tracy解释道：“发现在极端压力下，硅酸盐可以采取围绕六个键的结构，而不是四个键，这对于科学家理解地球深处的动力学来说是一个完全改变的游戏规则。八倍方向的发现可能对我们思考系外行星内部的动力学产生类似的革命性影响。”