领先的动力学实验可帮助揭开地球内部的秘密

科学家们通过在两倍于以前的压力下进行声速测量，更准确地约束了地球核心的组成。在15年前由Alfred Q. R. Baron在RIKEN材料动力学实验室开始的一项计划的基础上，研究人员终于能够在与地球内部核心相应的静态压力下测量纯铁的声速。

这是在理化学研究所SPring-8中心的量子纳米动力学光束线上实现的：将其世界领先的光谱仪与X射线光学的新发展和一种新型的高压电池相结合，该团队能够在稳定的条件下进行测量，其压力约为之前记录的两倍，比世界上任何其他设施高3倍多（图1）。

图1：理化所SPring-8中心的理化所量子纳米动力学光束线（BL43LXU）上的高分辨率光谱仪。照片显示了主光谱仪臂、样品位置和两位科学家的比例。资料来源：© 2023年理化学研究所SPring-8中心

这项工作很有意思，因为它可以对地心的组成进行约束。"我们实际上对我们生活的这个星球的中心的信息少得可怜，"Baron说。"其他追踪来自地震的地震波在地球上的进展的工作给了我们一个作为深度函数的密度和声速的模型--但仅此而已：详细的组成仍然是未知的，并且是一系列科学辩论的主题，因为组成对于理解地球目前的结构以及地球甚至太阳系的演变都很重要。"

最近的测量结果发表在《自然通讯》上，是理化所SPring-8中心的巴伦材料动力学小组、东北大学的大谷英二和生田大章，以及爱媛大学和日本同步辐射研究所（SPring-8/JASRI）的研究人员合作完成的。该小组测量了纯铁的声速与压力的关系，其密度超过了地球内部核心的密度，其中压力超过了300千兆帕，验证了被称为伯奇定律的线性关系。

利用新的结果，他们提出了一个模型，其中除了铁和镍之外，地球的核心还有少量的硅和硫。

Baron说："此外，也许是最重要的，该方法可以扩展到其他材料，从而使材料在极端压力下的声速测量达到新的精确水平。"