周四发表在《科学》杂志上的一项研究表明，比小行星更大的岩石系外行星的熔融核心应该比小行星保持高温的时间更长。这对星际探索者来说是个好消息，因为一颗行星上要发展生命，很可能需要一个熔融的核心。
要确定系外行星的这一特征，需要进行一项实验，使用巨型激光和极薄的铁片，并在前所未有的压力下进行。“我们发现了如此多的行星，人们最大的问题之一是：这些行星是否可能宜居？”劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家、该研究的领导者Rick Kraus说。
为了回答这个问题，研究人员通常不会从考虑行星的核心开始。相反，他们会问行星是否与恒星的距离合适，或者是否有水。但Kraus和他的团队想找到其他方法来判断一颗行星是否宜居。
Kraus说，他们将行星形成磁层（一个保护其免受太阳辐射的磁场，就像地球周围的磁场保护我们一样）的能力作为宜居性的窗口。没有地球的磁场，我们所知的生命是不可能存在的。
磁场是熔融行星核心的结果。地球的核心主要由铁组成，分为固体的内核和液体的外核。地球的磁场是由液态铁的对流引起的，也就是说它是如何旋转的：较冷、较密集的液体区域下沉到底部，而较热的区域则像熔岩灯中的蜡一样上升。
在实验室研究系外行星的核心是困难的，因为很少有方法能够重现如此高的压力和温度。Kraus说，这是首次在超过地球核心压力的条件下测量铁的熔化温度的实验。为了达到这些极端条件，团队需要一些大型激光器，特别是劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置——那里是大型激光器的专业之地。
在实验中，这些激光器轰击了一层多层的铁样品。Kraus说，由铍（一种金属元素）和一些滤光片组成的层构成了超薄铁“三明治”的外部，而一块透明的氟化锂则构成了另一半。外层的铍层在“十亿分之一秒的几分之一秒内”加热到数千度，他说，然后三明治的那一面被加热成等离子体。等离子体随后膨胀，产生强大的冲击波进入样品。
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这个过程模拟了热铁的一部分在穿过行星熔融核心时所经历的条件。卡内基科学研究所的地质物理学家、地球和其他行星核心建模者Peter Driscoll（未参与此项研究）说：“你是在极度冲击它”，他补充说这是一个难以研究的过程。它会摧毁样品，所以实验者必须一次性收集数据。他说，这个过程只产生了“几个数据点”，但“这类实验非常有价值”。
当样品达到峰值压力时，另一台仪器在关键时刻测试铁是保持固态还是液态，以帮助研究人员精确了解铁在高压和高温下的行为。
Kraus说，团队发现“随着压力的增加，温度也随之增加，而且相当快”。对于系外行星来说，这意味着它们的质量越大，核心凝固所需的时间就越长。他说，质量在地球四到六倍之间的超级地球需要的时间最长。该团队估计，地球核心完全凝固需要60亿年，而与地球成分相似的大型系外行星的核心则需要长达30%的时间。
Kraus说，“虽然这听起来有点符合直觉”，但考虑到各种因素，这一点并非必然。
Driscoll说，测量铁在极端条件下的熔化方式非常重要，因为它告诉我们行星核心是否以及如何凝固。即使在地球固态内核和液态外核的边界，科学家们也不知道精确的温度是多少——尽管估计其温度接近太阳表面，约为 10,000 华氏度。
Driscoll说，将这些结果外推到系外行星的一个问题是，这些超级地球的核心可能含有铁以外的元素，这将以未知的方式改变它们的熔化温度。预测系外行星如何冷却也将是困难的，因为地幔——包围核心的热岩层——在地核冷却的速度中起着巨大的作用。而且那些系外行星的地幔“几乎可以是任何东西”，他说。
Driscoll说，金星是这种脱节的一个典型例子。理论上，它的成分与地球非常相似，但它缺乏磁场和板块构造。
其他因素也会决定是否形成磁层，例如核心物质导热或导电的能力。但这些特性很难测量，即使是在地球上——科学家们直到过去十年才成功测量了地球核心的热量流动。尽管如此，Driscoll说，这将是“下一个要着手解决的问题。”
修正于2022年1月21日：本文先前曾表示，这项实验是首次在超过地球核心压力的条件下使用铁。事实上，这是首次在那些压力下测量铁的熔点。
