由于探測(cè)實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性，人類尚不能精確測(cè)定地心的成分。而在Yasuhiro Kuwayama等人發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》的報(bào)導(dǎo)中，介紹了在接近地心的溫度和壓力（116GPa，4077℃）下測(cè)定液態(tài)鐵性能的新方法，為解決這一問(wèn)題提供了新的思路。相關(guān)結(jié)果還被nature review materials報(bào)道。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.165701

報(bào)道鏈接：https://www.nature.com/articles/s41578-020-0211-3

鐵是地心的主要元素，但并不是唯一元素。自Francis Birch在1952年提出“地心的成分可能比純鐵輕”以來(lái)，地心成分的測(cè)定就成為地球科學(xué)中最重要的議題之一。通過(guò)地震數(shù)據(jù)，可以直接探測(cè)地心的密度和縱向聲速。將這些數(shù)據(jù)與純鐵在相似條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，是確定地心組成及性能的關(guān)鍵。

不過(guò)，要確定在極端溫度和壓力下液態(tài)鐵的密度并不容易。首先，需要同時(shí)滿足高溫、高壓，并能維持足夠的時(shí)間來(lái)進(jìn)行測(cè)試。第二，由于現(xiàn)有分析技術(shù)手段的高度不確定性，在極端條件下測(cè)定無(wú)序材料的密度非常非常繁瑣。第三，測(cè)試需要非常明亮且高度聚焦的X射線。

“液態(tài)鐵發(fā)出的信號(hào)弱于固態(tài)鐵，為了測(cè)量液態(tài)樣品，過(guò)去20年里我們?cè)谌毡镜腟Pring-8同步加速器光源上開(kāi)發(fā)了非常明亮且高度聚焦的X射線，并針對(duì)高壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化。”Kuwayama稱。研究人員采用了激光加熱的金剛石砧室來(lái)進(jìn)行靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，并且引入新方法分析液體中X射線的散射以求得鐵的密度。由此他們得以確定，地球外地核的密度比純鐵小8%左右。

“結(jié)果還顯示，外地核的氧濃度低于3.8?wt%”，Kuwayama補(bǔ)充道，“一直以來(lái)氧被認(rèn)為是地心主要的輕質(zhì)元素，但這次結(jié)果表明地心還含有其它雜質(zhì)元素。”雜質(zhì)元素的種類和含量決定了地心的物理性能，如粘度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，并且能夠?yàn)檠芯康厍虻钠鹪春桶l(fā)展提供信息。

值得一提的是，這種利用X射線散射信號(hào)分析液體密度的新方法可以用于任一材料，為科學(xué)研究帶來(lái)了新方向。“我們發(fā)明的用于液態(tài)材料的分析技術(shù)，同樣適用于熔融態(tài)的巖石，目前我們準(zhǔn)備運(yùn)用該技術(shù)對(duì)熔融態(tài)巖石進(jìn)行研究，以探索地球深處巖漿的特性。”Kuwayama總結(jié)道。