科学家通过实验重现存在于巨型行星内部的条件

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施靶室的内部。从左侧进入的物体是目标定位器，其上安装了毫米级目标。研究人员最近使用NIF研究巨型行星的内部状态。图片由Damien Jemison / LLNL提供

使用世界上最大的激光，科学家们首次能够通过实验再现存在于巨型行星内部的条件。

劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）的科学家们第一次通过实验重新创造了深恒星内部存在的条件，例如木星，天王星以及最近在我们太阳系之外发现的许多行星。

研究人员现在可以重新创建并准确地测量控制这些行星如何随时间演化的物质特性，这对于理解这些巨大物体的形成是必不可少的信息。这项研究的重点是碳，它是宇宙中第四大最丰富的元素（仅次于氢，氦和氧），在我们太阳系内外的许多类型的行星中都发挥着重要作用。这项研究发表在7月17日的《自然》杂志上。

劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的国家点火设施使用了世界上最大的激光，实验室，加利福尼亚大学，伯克利分校和普林斯顿大学的研究小组将样品压缩到地球大气压力的5000万倍，这可与中心的压力相媲美。木星和土星。在NIF的192台激光器中，该团队使用了176台具有相对整齐的能量随时间变化的激光器来产生压力波，该压力波可在短时间内压缩材料。样品-钻石-在不到十亿分之一秒的时间内蒸发。

尽管钻石是已知的最不易压缩的材料，但研究人员能够将其压缩到前所未有的密度，其密度高于环境条件下的铅。

LLNL物理学家，论文的主要作者雷·史密斯说：“这里开发的实验技术提供了一种新的能力，可以通过实验再现行星内部深处的压力-温度条件。”

以前已经达到过这样的压力，但是只有在冲击波产生的情况下（数十万度甚至更高），这种高温对于行星内部来说是不现实的。技术难题是将温度保持在足够低的水平以适合与行星相关。问题类似于缓慢移动犁以将沙子向前推而不会使其高度升高。这是通过仔细调整激光强度随时间变化的速率来实现的。

研究小组的另一位劳伦斯·利弗莫尔（Lawrence Livermore）物理学家里普·柯林斯（Rip Collins）说：“这种新的以原子级压力探索物质的能力使先前的冲击和静态数据的推论变得不可靠，这为稠密物质理论和行星演化模型提供了新的约束。”

这项工作中描述的数据是80多年前在量子力学早期做出的关于预测的第一个测试，这些测试通常用于描述位于行星和恒星中心的物质。尽管这些新数据与理论之间的一致性很好，但发现了重要的差异，这表明被压缩到这种极端程度的钻石特性中潜在的潜在宝藏。关于NIF的未来实验着重于进一步解开这些谜团。

出版物：R. F. Smith等，“将钻石斜压至5兆帕斯卡”，自然511，330-333，2014年7月17日； doi：10.1038 / nature13526

图像：达米安·杰米森（Damien Jemison）/ LLNL