@ 2018.05.03 , 11:00

像太阳一样热的冰

它既是固体也是液体,它的密度是普通冰的60倍,而它形成时的温度与太阳表面差不多。

它是超离子冰,科学家们首次在实验室里将它制作了出来。

长久以来,科学家们都认为高压形式的水冰存在于天王星和海王星内部。但在此之前,它只存在于理论中。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家Marius Millot表示:“我们的试验为超离子冰的存在提供了证据,它表明这些预测不仅仅是人工刺激的结果,还捕捉到了水在这些条件下的非凡表现。”Millot是新研究的主要作者。

像太阳一样热的冰
credit:123RF

三十年前,科学家们首次预测这种奇怪的水状态,即固态与液态能够同时存在。它还比普通的冰密度更大,因为它仅在极端热度和压力下才能形成,比如大行星内部的环境。在超离子状态下,水分子内的氢和氧会有诡异表现;氢离子会像液体那样在氧离子的固体晶格中移动。

以上使得这种冰变得复杂起来。首先,该团队将水压缩超强立方冰晶,它是一种不同于普通冰块的晶体。为了做到这一点,研究人员们利用钻石砧施加2.5吉帕斯卡的压力,它是大气压力的25000倍。接着,研究人员们进一步加热并施加压力,同时还加以激光冲击。每块冰晶会在高压下接受六束激光一百多次冲击。

Millot说道:“因为我们预先压缩过水,因此冲击加热比冲击压缩液态水方便一些。”新方法让研究人员们比起先前冲击压缩研究时,能够在高压下接触更冷的水。

等到超离子冰准备好之后,该团队快速分析其光学与热属性。他们只有10-20纳秒来完成这一工作,迟一点水就会溶解。结果相当奇怪。他们发现冰在4725摄氏度、200GPa的压力下融化了。这一压力是地球大气压力的200万倍。

该研究的共同作者、加州大学伯克利分校的行星物理学家Raymond Jeanloz表示:“令我们震惊的是,水冰存在于行星内部几千摄氏度的高温中,可研究结果容不得我们怀疑。”

新发现能够让我们了解天王星和海王星内部。行星物理学家们认为这些行星内部有百分之六十五是水,还有一些氨和甲烷。

先前研究表明这些行星可能拥有完全液态的热转移内核,超离子冰改变了这一看法。新研究认为这些行星内部有一层相对较薄的液体和一层较厚的超离子冰“地幔”。

这样的内部描绘将证实几十年前科学家们做的一个计算机模拟,它曾试图解释天王星和海王星奇怪的磁场。天王星的磁场偏离其轴线59度;海王星的磁场大约偏离了47度。相比之下,地球仅偏离了11度。它们的磁场可能还有不同表现,比如天王星的磁场可能会像一道闸门一样打开和关上。

更多研究尚有待科技发展。幸运的是,NASA预备在接下来的几十年里发射飞行器到天王星或者海王星上。与此同时,研究人员们计划模拟更大的行星环境,比如木星和土星。

该研究被发表在《自然物理》期刊上。

本文译自 Livescience,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

3.3
赞一个 (3)

24H最赞