發現只有在極熱溫度下才會融化的奇怪形式的冰

奇怪的事情發生在行星內部，熟悉的物質受到極端的壓力和熱量。

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

五年前，科學家重現了這種異國情調的冰，被稱為超離子冰，首次在實驗室實驗中;四年前，他們證實它的存在和晶體結構。

就在去年，美國幾所大學和加利福尼亞州斯坦福直線加速器中心實驗室（SLAC）的研究人員發現了超離子冰的新階段。

他們的發現加深了我們對為什么天王星和海王星有這樣的理解。偏離軌道的磁場具有多個極點。

從我們的地球環境中，你會認為水是一個簡單的肘形分子，由一個氧原子和兩個氫連接而成，當水結冰時，氫會沉淀在一個固定的位置。

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 - 據推測不僅填滿了天王星，海王星的內部，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，內部與太陽表面一樣熱 - 這是水變得奇怪的地方。

科學家2019年確認物理學家有什么早在1988年就預測：超離子冰中的氧原子被鎖定在固體立方晶格中的結構，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電特性。它還提高其熔點使得冷凍水在高溫下保持固態。

在這項最新的研究中，斯坦福大學的物理學家阿里安娜·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。

連續的沖擊波將壓力提高到200 GPa（200萬個大氣壓），溫度高達約5,000 K（8,500°F） - 比2019年實驗的溫度更高，但壓力較低。

“最近發現的富含水的海王星類系外行星需要更詳細地了解[水]在與其行星內部相關的壓力 - 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，致密的冰的晶體結構，盡管壓力和溫度條件僅維持了幾分之一秒。

由此產生的衍射圖證實，冰晶實際上是與2019年觀測到的超離子冰不同的新階段。新發現的超離子冰，冰十九，有一個體心立方結構與 2019 年的前身 Ice XVIII 相比，導電性更高。

電導率在這里很重要，因為移動的帶電粒子會產生磁場。這是基礎發電機理論，它描述了攪動導電流體（例如地球的地幔或另一個天體內部）如何產生磁場。

如果海王星狀冰巨星的內部更多地被糊狀固體占據，而不是被旋轉的液體占據，那么它就會改變產生的磁場類型.

如果朝向它的核心，那顆行星有兩個不同電導率的超離子層，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生的磁場會以不同的方式與它們相互作用，使事情變得更加奇怪。

格里森及其同事結束類似于Ice XIX的超離子冰層的導電性增強將促進不穩定的多極磁場的產生，例如來自天王星和海王星的磁場。

如果是這樣，那么在1977年發射的NASA旅行者II太空探測器飛過30多年后，這將是一個令人滿意的結果。我們太陽系的兩個冰巨人和量過的他們非常不尋常的磁場。

該研究發表在科學報告.

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