發(fā)現(xiàn)只有在極熱溫度下才會(huì)融化的奇怪形式的冰

奇怪的事情發(fā)生在行星內(nèi)部，熟悉的物質(zhì)受到極端的壓力和熱量。

鐵原子大概會(huì)跳舞在地球的固體內(nèi)核內(nèi)，熾熱的黑色重冰 - 同時(shí)是固體和液體 - 可能在富含水的氣態(tài)巨行星內(nèi)形成，天王星和海王星。

五年前，科學(xué)家重現(xiàn)了這種異國(guó)情調(diào)的冰，被稱為超離子冰，首次在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中;四年前，他們證實(shí)它的存在和晶體結(jié)構(gòu)。

就在去年，美國(guó)幾所大學(xué)和加利福尼亞州斯坦福直線加速器中心實(shí)驗(yàn)室（SLAC）的研究人員發(fā)現(xiàn)了超離子冰的新階段。

他們的發(fā)現(xiàn)加深了我們對(duì)為什么天王星和海王星有這樣的理解。偏離軌道的磁場(chǎng)具有多個(gè)極點(diǎn)。

從我們的地球環(huán)境中，你會(huì)認(rèn)為水是一個(gè)簡(jiǎn)單的肘形分子，由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫連接而成，當(dāng)水結(jié)冰時(shí)，氫會(huì)沉淀在一個(gè)固定的位置。

超離子冰奇怪的是不同，但它可能屬于最豐富的形式宇宙中的水 - 據(jù)推測(cè)不僅填滿了天王星，海王星的內(nèi)部，還充滿了類似的系外行星。

這些行星的極端壓力是地球大氣層的200萬倍，內(nèi)部與太陽(yáng)表面一樣熱 - 這是水變得奇怪的地方。

科學(xué)家2019年確認(rèn)物理學(xué)家有什么早在1988年就預(yù)測(cè)：超離子冰中的氧原子被鎖定在固體立方晶格中的結(jié)構(gòu)，而電離的氫原子被釋放，像電子一樣流過金屬。

這使超離子冰具有導(dǎo)電特性。它還提高其熔點(diǎn)使得冷凍水在高溫下保持固態(tài)。

在這項(xiàng)最新的研究中，斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家阿里安娜·格里森（Arianna Gleason）及其同事用一些威力驚人的激光轟擊夾在兩層鉆石之間的薄水條。

連續(xù)的沖擊波將壓力提高到200 GPa（200萬個(gè)大氣壓），溫度高達(dá)約5,000 K（8,500°F） - 比2019年實(shí)驗(yàn)的溫度更高，但壓力較低。

“最近發(fā)現(xiàn)的富含水的海王星類系外行星需要更詳細(xì)地了解[水]在與其行星內(nèi)部相關(guān)的壓力 - 溫度條件下的相圖，”格里森及其同事在他們的論文中解釋，從 2022 年 1 月起。

X射線衍射隨后揭示了熾熱，致密的冰的晶體結(jié)構(gòu)，盡管壓力和溫度條件僅維持了幾分之一秒。

由此產(chǎn)生的衍射圖證實(shí)，冰晶實(shí)際上是與2019年觀測(cè)到的超離子冰不同的新階段。新發(fā)現(xiàn)的超離子冰，冰十九，有一個(gè)體心立方結(jié)構(gòu)與 2019 年的前身 Ice XVIII 相比，導(dǎo)電性更高。

電導(dǎo)率在這里很重要，因?yàn)橐苿?dòng)的帶電粒子會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。這是基礎(chǔ)發(fā)電機(jī)理論，它描述了攪動(dòng)導(dǎo)電流體（例如地球的地?；蛄硪粋€(gè)天體內(nèi)部）如何產(chǎn)生磁場(chǎng)。

如果海王星狀冰巨星的內(nèi)部更多地被糊狀固體占據(jù)，而不是被旋轉(zhuǎn)的液體占據(jù)，那么它就會(huì)改變產(chǎn)生的磁場(chǎng)類型.

如果朝向它的核心，那顆行星有兩個(gè)不同電導(dǎo)率的超離子層，就像格里森及其同事一樣。建議海王星可能包含，然后由外部液體層產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)以不同的方式與它們相互作用，使事情變得更加奇怪。

格里森及其同事結(jié)束類似于Ice XIX的超離子冰層的導(dǎo)電性增強(qiáng)將促進(jìn)不穩(wěn)定的多極磁場(chǎng)的產(chǎn)生，例如來自天王星和海王星的磁場(chǎng)。

如果是這樣，那么在1977年發(fā)射的NASA旅行者II太空探測(cè)器飛過30多年后，這將是一個(gè)令人滿意的結(jié)果。我們太陽(yáng)系的兩個(gè)冰巨人和量過的他們非常不尋常的磁場(chǎng)。

該研究發(fā)表在科學(xué)報(bào)告.

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