众所周时，地球核心处于地表数千公里以下的超强高压及高温环境中。在那里，一个由镍和铁组成的固体球形内核在外核内部进行着高速旋转，内核中的铁和镍以液态形式存在。
法国里尔大学的物理学家塞巴斯蒂安·默克尔(Sébastien Merkel)领导的团队在实验室里重新创造出了这个地球外核环境——以便科学家可以观察铁的结构形态。
这不仅对了解我们自己的地球有积极的作用，还可以帮助我们更好地了解当大块铁在太空碰撞时会发生什么。
美国能源部SLAC国家加速器实验室物理学家Arianna Gleason称，我们并没有完全创造出地球内核环境。但我们成功重建了外核环境，这真的很了不起。
在正常地球环境下，铁的晶体结构是一个立方晶格。原子排列在每个网格中，每个立方体的角落含有原子，并且中间有一个原子。当铁处于极高压力下被压缩时，这个晶格会改变形状，变形为六边形结构。这将使更多原子被压缩到相同的体积中。
但很难知道在更高的压力和温度下会发生什么——比如地球核心的压力和温度。然而，近年来，激光技术得到了长足发展，在实验室环境中小样本能够被加热到极端条件，如白矮星中的压力和温度。
SLAC的团队部署了两台激光器。第一台是光学激光器，向铁的微观样品发射，冲击将使其产生强烈的压力和热量。
地球外核的压力在135至330千兆帕斯卡（1.3至3.3万大气压）之间，温度在4000至5000开尔文之间（3727至4727摄氏度，或6740至8540华氏度）。样品能被加热到高达187千兆帕斯卡的压力，温度则可达到4070开尔文。
更具挑战性的下一步是测量在此过程中铁原子结构的转变。为此，团队使用了SLAC的Linac相干光源（LCLS）X射线自由电子激光器，该激光器在光学激光器工作的同时对样品进行探测。
Gleason说：“我们能够在十亿分之一秒内进行测量，在纳米秒内对原子进行冻结真的很令人兴奋。”
由此产生的图像被汇编成一个序列，能够显示出铁对这些条件引起的额外应力做出的反应。这就是当一个晶体晶格被压缩时，致使一些晶格点以对称的方式分摊空间。
对于外地核条件下的铁，这意味着原子排列被推动，使六边形旋转近 90 度。研究人员说，这种机制使金属能够承受极限。
“双晶使铁变得非常坚固——比我们最初想象的要强——在它开始进行更长尺度塑性流动之前” ，Gleason说。
现在我们知道铁在这种条件下的行为方式，可以将这些信息整合到模型和模拟中。例如，这对我们理解空间碰撞的方式具有重要意义。地球的核心整齐地隐藏在内部，但我们认为有一些高金属小行星却是裸露的核心，成分是紊乱的。
这些物体可能会在与其他物体的碰撞中破坏铁的组成结构。我们现在对这种情况的发生有了更好的了解。当然，我们对自己所在地球也有了更多的了解。
“现在我们开发出了新的测量方法，未来可期” ，Gleason说。
“现在我们可以对一些组成机制理论物理模型进行正确的评估。这有助于提升我们在建模过程中针对材料在极端条件下反应方式的预测能力。”
这项研究已发布在这里。