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不過，開展金剛石對頂砧實驗頗具挑戰性：在高溫高壓下，氫氣會擴散到金剛石內部，可能導致砧體發生毀滅性破裂。為最大限度減少氫氣擴散，霍恩團隊并未采用持續加熱的方式，而是施加了數千次微秒級激光脈沖，使浸沒在氫氣中的微米級硅酸鹽與鐵顆粒溫度達到2250至4000開爾文。由于實驗體系的尺度極小且溫度極高，該系統很可能達到了化學平衡狀態，這意味著反應的進程不受時間影響。 研究人員的核心研究結果聚焦于一系列產水反應：硅酸鹽熔體中的二氧化硅（SiO?）與鐵、氫氣發生反應，生成鐵硅合金、鐵氫合金、硅烷（SiH?）以及水。霍恩團隊的實驗重點研究了不同硅酸鹽礦物參與的反應，包括橄欖石（(Mg, Fe)?SiO?）與二氧化硅（SiO?）的反應。 目前，鐵在亞海王星硅酸鹽部分與包層的化學反應中所起的作用尚不明確，因為普遍觀點認為，這類行星中的鐵大部分會被“封存”在行星深部?。但研究人員通過實驗證實，即使是二氧化硅與氫氣之間更簡單的反應，同樣能夠生成水。 未來研究的一個明確方向是加入更多化學成分：已有觀測發現，一顆亞海王星的大氣層中存在二氧化碳和甲烷?，另一顆則檢測到一氧化碳3。這些化合物中的碳元素，或許在包層-行星交界處的化學反應中扮演著重要角色。 霍恩團隊計算得出，若亞海王星中所有可利用的硅酸鹽都與氫氣發生反應，通過產水反應形成的行星，其水的質量占比可達16%至29%。這一比例遠高于低溫實驗?和此前計算?得出的估算值。 但問題在于，行星各組成部分之間實際會發生多少化學反應呢？要理解這一問題為何是行星科學中至關重要的基礎性問題，我們可以結合太陽系內的例子思考：若地球中相對較少的水分能與厚重的鐵核完全達到平衡（這一過程涉及的反應路徑與霍恩團隊研究的不同），那么地球早就會變得干旱缺水，成為一片荒漠。 霍恩及其同事通過分析實驗結果，試圖厘清亞海王星內部高壓化學反應的進程。首先，亞海王星的產水能力取決于其包層的初始質量——包層質量決定了包層底部的溫壓條件，以及可用于化學反應的氫氣量。因此，系外行星能夠大量產水的條件可能十分苛刻。
亞海王星內部通過高壓化學反應生成水的不同情景 銀河系中最常見的行星類型是亞海王星。這類行星與宿主恒星距離過近，形成時本無法凝結出水，但有證據表明部分亞海王星的大氣層富含水分。對亞海王星的普遍建模結構為：鐵合金核心外包裹著一層由硅酸鹽（含硅和氧的物質，常以SiO?離子形式存在）構成的巖漿“海洋”，最外側是一層以氦和氫為主的氣態包層。霍恩等人?的研究發現，硅酸鹽與氫氣在高壓下發生反應可生成水和硅烷（SiH?），他們認為這一反應或能促使富水亞海王星形成。研究人員還探討了以下幾種情景： a. 在熱梯度和密度梯度驅動的流體流動（即對流）作用下，反應產物可能會在包層和巖漿海洋中傳輸； b. 另一種可能是，反應產物會形成一層阻隔層，抑制后續化學反應的發生（即分層現象）。 對流與分層之間的平衡狀態，決定了亞海王星通過高壓反應可生成的水量。 此外，行星的演化過程與動力學特征也會影響各類化學反應的速率。亞海王星的各組成部分（如鐵、硅酸鹽、富水流體以及氫氦混合物）密度不同，因此往往會形成不同的分層。但在行星的熔融層和包層中，通常會發生“對流”現象——溫度較高或密度較低的物質上升，溫度較低或密度較高的物質下沉——這一過程可能會將不同組成部分混合在一起。 對流作用可將水和硅烷向上輸送至包層中。霍恩團隊還提出，在他們所研究的實驗條件下，包層中的氫氣會溶解到硅酸鹽巖漿海洋中，并通過對流被帶入硅酸鹽層，因此產水反應或許會在行星深部持續進行。不過也有研究認為，反應產物可能會在硅酸鹽巖漿與包層之間形成一層阻隔層1?。這種分層現象可能會減緩產水反應的速率；若形成的阻隔層密度高于其上方物質，還會阻礙對流的發生。霍恩團隊通過對流模擬計算發現，亞海王星內部由對流驅動的混合過程具有溫度依賴性：當溫度低于3500開爾文時，會出現分層現象；而溫度更高時，水則會混合到包層中。但其他模擬研究卻顯示，當溫度高于2500開爾文時?，包層底部附近會形成一層富含硅烷和水的區域，這會抑制對流混合。 天文學家該如何尋找證據，證明某些行星能通過高壓化學反應自行生成水呢？歸根結底，反應產物能否被觀測到，關鍵取決于對流混合與分層作用之間的平衡。霍恩團隊計算認為，在包層-行星交界處生成的部分水會混合到包層中，但也有研究提出，此類行星中多達95%的水會溶解到巖漿海洋和鐵核中11，因此這些行星可能無法被識別為“富水行星”。目前，亞海王星溫壓環境下硅烷的密度尚未確定，但可能低于水的密度——若情況屬實，硅烷會更容易混合到包層中。然而，通過光譜法檢測硅烷存在較大難度12。因此，若能在某顆亞海王星的大氣層中同時觀測到大量硅烷和水，或許是證明部分行星可通過高壓化學反應生成水的唯一途徑。 霍恩團隊的研究結果凸顯了行星內部長期存在的一個未知問題：對流混合與分層作用的相對程度。對于亞海王星而言，水和硅烷究竟會混合到包層中、溶解到下方的硅酸鹽巖漿里，還是在硅酸鹽與包層的界面處形成中等密度的分層？無論如何，該研究證實了在靠近宿主恒星的天體中也能生成水和硅烷，這為行星科學家提供了一種新機制，可用于解釋銀河系中最常見行星的化學成分與動態演化過程。
