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在地球表面以下1800英里深的地方，有一个搅动的岩浆区，夹在固体硅酸盐地幔和富铁熔岩核心之间：核心-地幔边界。它是远古时代的遗迹，大约45亿年前的原始时代，当时整个地球都处于熔融状态，是一个无尽的岩浆海洋。尽管该地区的极端压力和温度使研究变得困难，但它包含了我们所知的世界神秘起源故事的线索。
美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家阿里安娜·格里森说：“我们仍在努力拼凑地球究竟是如何开始形成的，它是如何从一个熔融的星球转变为一个有生物在其硅酸盐地幔和地壳上行走的星球。了解材料在不同压力下的奇怪行为可以给我们一些提示。”
现在，科学家们已经开发出一种方法来研究在地核-地幔边界发现的极端条件下的液态硅酸盐。这将有助于更好地了解地球早期的熔融时期，甚至可以延伸到其他岩石行星。这项研究由科学家纪尧姆·莫拉德和亚历山德拉·拉瓦西奥领导，本周在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的发现。
科学家莫拉德说：“液体和玻璃的一些特征，特别是硅酸盐熔体，我们并不了解。问题是熔融材料在本质上更难研究。通过我们的实验，我们能够探测地球物理物质在地球深部极高的温度和压力下，处理它们的液体结构，并了解它们的行为。在未来，我们将能够利用这些类型的实验再现地球的最初时刻，并了解塑造地球的过程。”
比太阳还热
在SLAC的Linac相干光源X射线自由电子激光器上，研究人员首先用一个仔细调谐的光学激光器通过硅酸盐样品发出冲击波。这使得它们能够达到模拟地球地幔的压力，比以前液态硅酸盐的压力高出10倍，温度高达6000开尔文，略高于太阳表面。
接下来，研究人员在冲击波达到所需压力和温度的精确时刻，用来自LCLS的超快X射线激光脉冲击中样品。一些X射线随后散射到探测器中，形成衍射图样。就像每个人都有自己的指纹一样，材料的原子结构往往是独一无二的。衍射图揭示了材料的指纹，使研究人员能够跟踪样品的原子是如何在冲击波期间随着压力和温度的增加而重新排列的。他们将他们的结果与之前的实验和分子模拟结果进行了比较，揭示了玻璃和液态硅酸盐在高压下的共同演化时间线。
把原子论与行星连接起来
在未来，行这项研究的极端条件物质仪器的升级，将使科学家能够重现在内核和内核中发现的极端条件，以了解铁的行为及其在产生和形成地球磁场中的作用。
为了跟进这项研究，研究人员计划在更高的X射线能量下进行实验，以对液态硅酸盐的原子排列进行更精确的测量。他们还希望达到更高的温度和压力，以洞察这些过程是如何在比地球大的行星上展开的，以及行星的大小和位置如何影响其组成。
科学家说：“这项研究使我们能够将原子论与行星联系起来。”截至本月，已发现4000多颗系外行星，其中约55颗位于恒星的可居住区，那里可能存在液态水。其中一些已经进化到我们相信有一个金属核可以产生磁场，从而保护行星不受恒星风和宇宙辐射的影响。
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