怪異的地外冰

壓縮反而會膨脹

科學家在太陽系的一些衛星（例如土衛二）上發現了大量的冰，那裡可能會是低溫生命的搖籃，或者是人類將來移民的可選星球。因此，對於諸如土衛二上的冰，科學家不惜花費時間認真研究。

科學家最近告訴我們一個驚人的研究結果：土衛二上的冰具有非常怪異的性質，在壓力下，體積反而膨脹，越壓密度越低，也就是說，如果鋼鐵具有這種性質，就會在鍛打之下，反而蓬鬆起來，夠怪的！

不僅如此，這些冰的溫度越低，密度也越低，也就是具有熱縮冷脹的性質！我們知道的固體都是越壓縮越緻密，一般的固體也都是熱脹冷縮的。冰雖然在壓力下容易脆裂，不會受壓而體積縮小，但也不會受壓而體積增大。冰雖然在受熱融化時體積會縮小，但在保持固體的狀態下，也是熱脹冷縮的。怎麼到了地球之外，就變得怪異了呢？

經過了多方探討，土衛二上的溫度、壓強等環境因素都考慮到了，找不到原因，最後在冰的組成上找到了答案。原來土衛二上的冰並不是單純的水冰，而是含有一些有機小分子甲醇的冰。這可以通過土衛二的反射光光譜分析得知，因為每一種物質都會吸收特定頻率的光。而甲醇的水合物結冰後，雖然外觀上看上去與冰相似，但性質已經不同了。研究者用甲醇與水按1：1混合時形成的冰進行實驗，發現這種冰在地球上同樣具有上述這些怪異的性質。

怪冰有怪結構

研究者把這種越壓縮越蓬鬆的性質叫做負壓縮性，把熱縮冷脹的性質叫做負熱膨脹性。為什麼這些物質具有這種一反常規的性質呢？研究者用一些模型來形象地告訴我們原因。

一個三腳架，兩個側邊用沒有彈性的材料做成，底邊用彈性材料做成，那麼在受壓的情況下，底邊就會被兩個側邊牽動而伸長，雖然三腳架的高度縮小了，但由於底邊的伸長，導致三腳架的面積反而增大。如果許許多多這種三腳架排列組合成一個較大的框架，那麼框架本身就會在受壓的情況下，高度雖然縮小，但側面卻被擠壓得大大突出，從而導致整體的體積反而增大了。

如果一種晶體是由這樣一個個小分子構成的三腳架組成的，那麼這種晶體本身就會表現出越壓縮越蓬鬆的情況。能組成三角形結構的分子應該會有，但是什麼樣的分子能形成彈性底邊呢，研究者認為構成分子的氫與其它分子的氧、氮之間的靜電作用形成的氫鍵就像是具有彈性的皮筋，可以在一定程度下伸長和縮短。

另一些研究者還想到了另一個模型，可伸長壓縮的啤酒架（四角架），當這種架子處於伸長的狀態下，稍稍壓縮，就會讓它的體積大大增大。如果分子之間形成了這種啤酒架結構，進而組成了晶體，那麼所組成的晶體就會體現出負壓縮性。

由此，研究者推測，甲醇水合物結冰後形成了類似上述模型的晶體結構，所以才體現出負壓縮性。

至於熱縮冷脹的負熱膨脹性，是由於在較低溫度下，這些分子相互間更容易形成框架式的晶體結構，分子之間的距離進一步拉大了，從而體積反而越大，密度也越小。

可見，物質的很多性質與其分子之間的排列關係有多麼密切啊。

冰的溫度你並不懂

除了土衛二上的怪異冰，外星還應該有另一些怪冰。這些冰的成分也是H2O，除此之外，沒有別的雜質，但在有的星球上，有的冰在零下20攝氏度就融化了，而在另一些星球上，在零上70攝氏度都不融化。是這些星球怪異，還是這些冰怪異？

其實是冰因為星球的環境而變得怪異了。如果一個星球上的大氣壓力達到兩千個大氣壓，那麼這個星球上的冰在零下20攝氏度就會融化，因此這樣的星球上雖然較冷，但很可能存在液態水。而如果一個星球上的大氣壓達到兩萬個大氣壓，那這個星球上的冰在零上70攝氏度以上才會融化，這樣的星球即使溫度較高，也很可能存在固態冰。

這些怪異冰之所以形成，僅僅是因為冰在不同的溫度和壓力下，會形成不同類型的冰，僅冰的結晶類型就有四五種。開始，普通冰隨著壓力的升高，融化的溫度會降低，但當壓力超過大約兩千大氣壓時，冰會變成另一種結晶類型，這種冰冰點最低，之後，融化的溫度卻隨著壓力的升高而升高了，當達到兩萬大氣壓時，冰在70攝氏度時都不會融化。

越拉越粗，越壓越瘦

還有一種怪物質，與土衛二上的怪冰一樣違反人們的直覺。這種物質怪在哪裡呢？我們知道拉麵越拉越長，越拉越細，麵糰越壓越矮，越壓越從側面凸出。如果有一天，發現拉麵越拉越長，且越拉越粗，我們可能會覺得撞見鬼了，這樣的麵條，我們可不敢吃。如果一塊麵糰，受壓時，不僅變矮，而且從側面收縮，變瘦，這樣的麵糰，我們也害怕得想扔掉。有的星球上可能真的會存在這種物質，由於其分子形成的特殊結構，而具有上述的性質。有趣的是，地球上就存在這類的結構，在被拉伸的情況下，竟然會變胖，而在受壓的情況下，反而會變瘦。

蜂巢的結構就屬於這種性質、這種類型：在一定的方向上拉伸蜂巢，蜂巢的六邊形小單元會變成四邊形，同時，蜂巢整體會向外有些擴展，變胖。而在一定方向上壓縮蜂巢的時候，會導致蜂巢內各六邊形的空間縮小，兩側六邊形的邊內陷，從而使蜂巢兩側不僅沒有因擠壓而突出變胖，反而收縮變瘦了。蜂巢還只是一種宏觀上的結構，如果一種物質的分子形成了微觀的蜂巢結構的晶體，那麼這種物質就會呈現出這種怪異的性質來。具有這種怪性質的物質，一般其分子間距離很大。

不論是地外的怪物質還是地球上的怪物質，它們其實都還是符合自然規律的。只是自然之妙，往往超乎我們的想像。

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