像太陽一樣熱的冰

它既是固體也是液體，它的密度是普通冰的60倍，而它形成時的溫度與太陽表面差不多。

它是超離子冰，科學家們首次在實驗室里將它製作了出來。

長久以來，科學家們都認為高壓形式的水冰存在於天王星和海王星內部。但在此之前，它只存在於理論中。

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的物理學家Marius Millot表示：「我們的試驗為超離子冰的存在提供了證據，它表明這些預測不僅僅是人工刺激的結果，還捕捉到了水在這些條件下的非凡表現。」Millot是新研究的主要作者。

credit：123RF

三十年前，科學家們首次預測這種奇怪的水狀態，即固態與液態能夠同時存在。它還比普通的冰密度更大，因為它僅在極端熱度和壓力下才能形成，比如大行星內部的環境。在超離子狀態下，水分子內的氫和氧會有詭異表現；氫離子會像液體那樣在氧離子的固體晶格中移動。

以上使得這種冰變得複雜起來。首先，該團隊將水壓縮超強立方冰晶，它是一種不同於普通冰塊的晶體。為了做到這一點，研究人員們利用鑽石砧施加2.5吉帕斯卡的壓力，它是大氣壓力的25000倍。接著，研究人員們進一步加熱並施加壓力，同時還加以激光衝擊。每塊冰晶會在高壓下接受六束激光一百多次衝擊。

Millot說道：「因為我們預先壓縮過水，因此衝擊加熱比衝擊壓縮液態水方便一些。」新方法讓研究人員們比起先前衝擊壓縮研究時，能夠在高壓下接觸更冷的水。

等到超離子冰準備好之後，該團隊快速分析其光學與熱屬性。他們只有10-20納秒來完成這一工作，遲一點水就會溶解。結果相當奇怪。他們發現冰在4725攝氏度、200GPa的壓力下融化了。這一壓力是地球大氣壓力的200萬倍。

該研究的共同作者、加州大學伯克利分校的行星物理學家Raymond Jeanloz表示：「令我們震驚的是，水冰存在於行星內部幾千攝氏度的高溫中，可研究結果容不得我們懷疑。」

新發現能夠讓我們了解天王星和海王星內部。行星物理學家們認為這些行星內部有百分之六十五是水，還有一些氨和甲烷。

先前研究表明這些行星可能擁有完全液態的熱轉移內核，超離子冰改變了這一看法。新研究認為這些行星內部有一層相對較薄的液體和一層較厚的超離子冰「地幔」。

這樣的內部描繪將證實幾十年前科學家們做的一個計算機模擬，它曾試圖解釋天王星和海王星奇怪的磁場。天王星的磁場偏離其軸線59度；海王星的磁場大約偏離了47度。相比之下，地球僅偏離了11度。它們的磁場可能還有不同表現，比如天王星的磁場可能會像一道閘門一樣打開和關上。

更多研究尚有待科技發展。幸運的是，NASA預備在接下來的幾十年里發射飛行器到天王星或者海王星上。與此同時，研究人員們計劃模擬更大的行星環境，比如木星和土星。

該研究被發表在《自然物理》期刊上。

本文譯自 Livescience，由譯者 肌肉桃 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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