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新研究揭示天王星和海王星等這樣冰巨星的形成條件

據媒體報導,一層「熱」導電冰可能是產生天王星和海王星這樣的冰巨行星的磁場的原因。來自卡內基大學和芝加哥大學高級輻射源中心的新研究工作揭示了這兩個超離子冰的形成條件。他們的發現已經發表在了《Nature Physics》上。 眾所周知,水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的--H20。當水存在的條件發生變化時,這些分子的組織和性質就會受到影響。在我們的日常生活中,當液態水被煮成蒸汽或凍結成冰時就可以看到這一點。 組成普通冰塊的分子被氫原子和氧原子之間的氫鍵固定在一個晶格中。氫鍵具有高度的通用性。這意味著冰可以以驚人的多樣性存在於不同的結構中--至少有18種已知的形式--它們在越來越極端的環境條件下出現。 而特別令人感興趣的是所謂的超離子冰,它是在非常高的壓力和溫度下形成,其中傳統的水分子鍵被移位,允許氫分子在氧晶格中自由漂浮。這種移動性使得冰的導電能力幾乎跟金屬材料一樣好。 對實驗室中產生的熱超離子冰的觀察導致了相互矛盾的結果,對新特性出現的確切條件也有很大的分歧。 「因此,我們的研究小組在芝加哥大學的Vitali Prakapenka的領導下著手使用多種光譜工具來繪製冰的結構和屬性在高達150萬倍正常大氣壓力和約11200華氏度的條件下的變化,」來自卡內基的Alexander Goncharov表示。 科學家們通過這樣的方式確定下兩種形式的超離子冰的出現,他們認為其中一種可能能在冰巨行星天王星和海王星的內部發現。 「為了在非常極端的條件下探測這種獨特的物質狀態的結構,由雷射加熱並壓縮在兩個鑽石之間,我們使用了高級光子源的輝煌的高能同步輻射X射線束,它被聚焦到大約3微米,比一根人類頭發小30倍,」Prakapenka解釋稱,「這些實驗是如此具有挑戰性,以至於我們必須在十年內進行幾千次實驗以獲得足夠的高質量數據來解決長期以來跟巨行星內部相關的條件下冰的高壓、高溫行為之謎。」 「模擬表明,這兩顆行星的磁場是在相對較淺的深度發現的薄的流體層中產生的,」Goncharov補充道,「超離子冰的導電性將能完成這種類型的磁場生成,我們揭示的兩種結構之一可能存在於這些磁場生成區的條件下。」 科學家們需要進一步研究以了解這些冰相在冰巨人內部條件下的導電性能和粘度。 來源:cnBeta

對木星的研究可能已經幫助解開了關於天王星和海王星「貧氨」的謎團

一直在研究海王星和天王星的科學家們認為,他們可能已經找到了圍繞行星大氣層的一個謎團的解決方案。一位名叫Tristan Guillot的科學家的一項新研究表明,一種特殊的「蘑菇球」可能是將氨帶入海王星和天王星大氣層深處的原因。「蘑菇球」是由氨和水的泥狀混合物製成的大冰雹。 這個新理論可能是對天王星和海王星的紅外和無線電波段的觀測顯示,與其他氣態巨行星相比,這兩顆行星的大氣層中缺乏氨的原因的一個答案。巨大的冰雹可能極其有效地將氨帶入行星的大氣層深處,使其在大氣層的密集雲層下難以被發現。 這兩顆行星的大氣層中缺乏氨,這讓科學家感到困惑,因為這兩顆行星富含其他化合物,包括甲烷,通常在氣態巨行星的大氣層中發現。科學家們認為,要麼天王星和海王星是在特殊條件下使用貧乏氨的材料形成的,要麼就是行星上正在發生另一個過程。 Guillot用木星上的發現作為海王星和天王星上的氨在哪里這一謎團的潛在答案。在木星軌道上的朱諾號太空飛行器發現了大量的氨,但由於大冰雹的存在,氨在大氣層中的深度遠遠超過預期。朱諾號的觀測結果顯示,在木星的風暴中,氨-水冰雹迅速形成,因為氨即使在非常低的溫度下也能使水冰晶體液化。 在木星上,這些氨水冰雹非常有效地將氨輸送到該星球大氣層的深處,將其鎖在雲層之下。木星上的這一過程使Guillot相信,天王星和海王星的大氣層中檢測到的氨的缺乏,就是因為有「蘑菇球」大冰雹。然而,為了充分了解這一過程,該研究人員表示需要進行更多的研究。 來源:cnBeta

冰巨星海王星和天王星上的深層水可能富含鎂元素

雖然科學家們已經積累了關於我們太陽系中的岩石行星,如地球和火星的大量知識,但對較遠距離的富含冰水的行星,海王星和天王星的了解卻少得多。在最近發表在《自然·天文學》上的一項新研究中,一個科學家小組在實驗室中重新創建了海王星和天王星內部的溫度和壓力,並在此過程中對這些行星的深層水的化學成分有了更多的了解。 他們的發現也為我們太陽系外富含水分的系外行星上的海洋組成提供了線索。 傳統上認為海王星和天王星有不同的獨立層,由大氣層、冰或流體、岩石地幔和金屬核心組成。對於這項研究,研究小組對深層內部的水和岩石之間可能的反應特別感興趣。 首席作者、韓國延世大學的Taehyun Kim說:"通過這項研究,我們正在尋求擴大我們對冰巨星內部深處的了解,並確定在極端條件下可能存在的水-岩石相互作用。冰巨星和一些系外行星有非常深的水層,與陸地行星不同。我們提出了冰巨星內部兩種造星材料(水和岩石)的原子級混合的可能性。" 在實驗室中對橄欖石樣品使用了金剛石安瓿(右上)和雷射,以達到天王星氫氣層下水層頂部預期的壓力-溫度條件(左)。在這個實驗中,橄欖石中的鎂溶解在水中。資料來源:Shim/ASU 為了在實驗室中模擬海王星和天王星上的深水層的條件,研究小組首先將典型的成岩礦物,橄欖石和鐵橄欖石浸泡在水中,並將樣品在一個金剛石真空泵中壓縮到非常高的壓力。然後,為了監測礦物和水之間的反應,他們在用雷射將樣品加熱到高溫時進行X射線測量。 由此產生的化學反應導致了水中鎂的高濃度。基於這些發現,研究小組得出結論,富水行星上的海洋可能不具有與地球海洋相同的化學特性,高壓會使這些海洋富含鎂。 "我們發現,鎂在高壓下變得更容易溶於水。事實上,鎂在天王星和海王星水層中的溶解度可能與鹽在地球海洋中的溶解度一樣,"研究的共同作者、亞利桑那州立大學地球和空間探索學院的Sang-Heon Dan Shim說。 橄欖石樣品的電子顯微鏡圖像顯示了一個大的空穹頂結構,鎂在高壓水下沉澱為氧化鎂。 這些特徵也可能有助於解決天王星的大氣層比海王星的大氣層冷得多的謎團,盡管它們都是富含水的行星。如果天王星大氣層以下的水層中存在更多的鎂,它可能會阻止熱量從內部逃逸到大氣層中。 Shim說:"這種富含鎂的水可能像行星內部的熱毯。在我們的太陽系之外,這些高壓和高溫實驗也可能幫助科學家對海王星以下的系外行星有更多的了解,這些行星是我們太陽系之外的行星,其半徑或質量比海王星小。" 海王星以下的行星是我們迄今所知的最常見的系外行星類型,研究這些行星的科學家假設,其中許多行星可能有一個厚厚的富水層,內部是岩石。這項新的研究表明,這些系外行星的深層海洋將與地球的海洋大不相同,可能是富含鎂的。 Shim說:"如果早期的動態過程使這些系外行星發生了岩石-水反應,那麼最頂層的水層可能富含鎂,可能會影響行星的熱歷史。" 對於下一步,該團隊希望繼續在不同條件下進行高壓/高溫實驗,以了解更多關於行星的組成。 來源:cnBeta

天王星等冰行星表面下的深處發生了什麼?

在冰行星表面之下的深處發生了什麼?是否有液態水?如果有,它是如何與行星的岩石 "海底 "互動的?新的實驗表明,在尺寸介於我們地球和高達六倍的水冰行星上,水有選擇地從典型的岩石礦物中浸出鎂。在實驗室中,科學家重現了壓力為十萬個大氣壓、溫度高於一千攝氏度的條件,實驗還模擬了類似的行星,但比海王星和天王星小。 地球表面的水-岩石相互作用的機制是眾所周知的,而我們和其他地球行星的內部深處的液態水的復雜循環的圖景也在不斷改善。然而,我們不知道在熾熱密集和水冰行星的深層岩石殼之間的界面上發生了什麼,其壓力和溫度均比地球上最深的海洋底部高幾個數量級。在太陽系中,海王星和天王星被歸類為冰巨人;它們有一個厚厚的外部水冰層,並被深層岩石層所覆蓋,界面上的溫度是否高到足以形成液態水,目前仍在討論之中。 一個由韓國首爾延世大學的Taehyun Kim領導的國際研究小組,包括來自亞利桑那大學、DESY、阿貢國家實驗室的科學家,以及GFZ德國地球科學研究中心的Sergio Speziale,在PETRA III(漢堡)和高級光子源(美國阿貢)進行了一系列具有挑戰性的實驗。 表明在20至40千兆帕(GPa)的壓力下,水如何從某些礦物,即鐵橄欖石(Mg,Fe)O和橄欖石(Mg,Fe)2SiO4中強烈浸出氧化鎂(MgO)。這相當於地球上大氣壓力的20萬至40萬倍,溫度高於1500K(∼1230℃),這些條件存在於海王星以下級別的水行星的深海和岩質地幔之間的界面當中。 這些發現為海王星和天王星等大型冰凍行星的熱歷史打開了新的局面,這項研究的結果發表在科學雜誌《自然天文學》上。 鐵橄欖石或橄欖石粉末的微小顆粒與水一起被裝入一個在金屬箔上鑽出的微小樣品室(直徑不到一毫米),並使用鑽石砧板(DAC)在兩個的鑽石模塊之間進行擠壓。樣品通過紅外雷射照射鑽石砧板而被加熱,同步輻射X射線衍射被用來確定礦物的轉化和與水反應所引起的破裂。 在整個加熱和淬火過程中,觀察到來自起始礦物的衍射信號突然減少,並出現了包括布魯克石(氫氧化鎂)在內的新固相。Sergio Speziale解釋說。"這證明了化學反應的開始和鐵橄欖石和橄欖石的氧化鎂成分的溶解;在20至40千兆帕和1250至2000開爾文的特定壓力-溫度范圍內,溶解性最強。" 反應過程的細節以及隨之而來的氧化鎂與殘余相的化學分離,通過對回收的樣品進行徹底的掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線光譜分析得到證實。Sergio Speziale說:"在這些極端的壓力和溫度下,氧化鎂在水中的溶解度達到了與環境條件下的鹽類似的水平。" 科學家們得出結論,在水層和下層岩石地幔之間的界面上,氧化鎂的密集溶解可能會在具有適當大小和成分的富水亞海王星外行星(如TRAPPIST-1f)中出現,並在行星歷史的早期熱階段產生化學梯度。這些梯度與行星海底的氧化鎂的不同分布可能在其漫長的冷卻演化過程中被部分保留下來。在行星吸積過程中,水和岩石物質之間最初相對較淺的相互作用的痕跡也可以在天王星那樣大的冰質行星上保存數十億年。 來源:cnBeta
兩顆奇怪的行星:天王星和海王星傾斜磁場的未解之謎

兩顆奇怪的行星:天王星和海王星傾斜磁場的未解之謎

天王星和海王星都有一個完全傾斜的磁場,也許是由於行星特殊的內部結構。但現在蘇黎世聯邦理工學院研究人員的新實驗表明多種假說均不成立,這個謎團仍沒有頭緒。天王星和海王星這兩顆大型氣體行星擁有奇怪的磁場。這些磁場相對於行星的自轉軸都有強烈的傾斜,並且與行星的物理中心有明顯的偏移,其原因一直是行星科學界的一個謎團。 各種理論認為,這些行星獨特的內部結構可能是造成這種奇異現象的原因。這些假說認為偏斜的磁場是由對流層中的循環引起的,而對流層由導電液體組成。這個對流層又圍繞着一個穩定的分層的非對流層,在這個對流層中,由於材料的高粘度,沒有循環,因此對磁場沒有太多影響。 計算機模擬顯示,天王星和海王星的主要成分--水和氨,在非常高的壓力和溫度下進入一種不同尋常的狀態:"超離子狀態",它同時具有固體和液體的特性。在這種狀態下,氫離子在氧氣或氮氣形成的晶格結構中變得流動起來。 最近的實驗研究證實,超離子水可以存在於根據理論,穩定分層區域所在的深度。因此,可能是分層層是由超離子成分形成的。但是,由於超離子狀態的物理特性尚不清楚,這些成分是否真的能夠抑制對流並未可知。 最小空間內的高壓 蘇黎世聯邦理工學院地球科學系的木村智明和村上元彥現在離找到答案又近了一步。這兩位研究人員在實驗室里用氨進行了高壓和高溫實驗。實驗的目的是確定超離子材料的彈性。彈性是影響行星地幔熱對流的最重要物理性質之一。值得注意的是,材料在固態和液態下的彈性是完全不同的。 在調查中,研究人員使用了一種叫做金剛石砧板電池的高壓儀器。在這種儀器中,氨氣被放置在一個直徑約100微米的小容器中,然後夾在兩個金剛石尖端之間壓縮樣品。這樣就可以將材料置於極高的壓力下,如天王星和海王星內部的壓力。 然後用紅外激光將樣品加熱到2000多攝氏度。同時,一束綠色激光照亮樣品。通過測量散射的綠色激光的波譜,研究人員可以確定材料的彈性和氨中的化學鍵。不同壓力和溫度下波譜的變化可以用來確定氨在不同深度的彈性。 木村和村上在測量中發現了一種新的超離子氨相(γ相),它表現出與液相相似的彈性。這種新相可能穩定在天王星和海王星的深層內部,因此在那里出現。然而,超電離氨的行為就像液體一樣,因此它的粘性不足以促成非對流層的形成。 基於新的研究結果,超離子水在天王星和海王星內部有什麼特性的問題就變得更加迫切。因為即使是現在,這兩顆行星為什麼會有如此不規則的磁場,這個謎團仍然沒有解開。 來源:cnBeta
三石琴乃親臨現場 水兵月屈居第二-NHK美少女戰士大投票結果公布

三石琴乃親臨現場 水兵月屈居第二-NHK美少女戰士大投票結果公布

NHK基於ACG作品的全投票系列已經有過了「高達」「Macross」「新世紀福音戰士」「最終幻想」「高橋留美子」,12月5日官方又播出類兩小時的節目公布了美少女戰士全投票的結果,現場請來了為月野兔配音的女聲優三石琴乃坐鎮,之後還陸續上場了野島健兒(新版本里的地場衛)和福圓美里(小小兔)。想想NHK這些節目也都是配合了這些IP新作品的發布,高達是為了40周年紀念、新世紀福音戰士是為了《福音戰士新劇場版最終章》而「美少女戰士」也是為了宣傳《美少女戰士Eternal》的上映。票選分成了三大部分「名場面」「歌曲」和「角色」,NHK一共收到了8萬2706票。下面我們來看看最終的結果: 三石琴乃水兵月的聲優,話說當年聲優沒有偶像化的趨勢,不然三石琴乃當年底子也是很不錯的 古谷徹先生也是在《美少女戰士》里配了地場衛 新動畫化中野島健兒接班配了地場衛 三石琴乃拿出當年動畫人設圖 【美少女戰士角色票選】 在角色方面第一位並非五大原始戰士,而是有點中性的天王遙,果然是月野兔、木野真琴和愛野美奈子都動過心的女人···這也不是她第一次拿《美少女戰士》角色人氣的第一位了,早在20周年今年和《1995年《Animage》年度人氣角色第一位,說實話總覺得武內直子對天王遙還是很偏心的帥氣的妹子,各種載具駕駛天賦點滿。  1.水兵 天王星 2.水兵月 3.天王遙 4.愛野美奈子 5.星夜光 6.海王滿 7.水手土星 8.木野真琴 9.水野亞美 10.水手水星 【美少女戰士歌曲排名】 NHK這次節目也請到了石田耀子來現場為大家演唱《美少女戰士R的》片尾曲《乙女的Policy》,而這首也是石田耀子的出道曲。 1.月光傳說 2.乙女的Policy 3.Moon Revenge 4. 夜禮服·幻影 5.セーラースターズソング 6.らしく」いきましょ 7.愛的戰士 8.ラ・ソルジャー La Soldier 9.MOON PRIDE 10.銀河一身分違いな片想い 【美少女戰士名場面排名】 來源:和邪社