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发现一种奇怪的冰，只在极高温度下融化
在行星内部，熟悉的材料经受极端的压力和热量，会发生奇怪的事情。
铁原子可能在地球的固态内核中跳舞，热黑重冰——同时是固体和液体——可能在水质丰富的燃气巨星天王星和海王星中形成。
五年前，科学家们首次在实验室实现了这种名为超离子冰的异国情调冰体；四年前，他们确认了它的存在和晶体结构。
然后就在去年，美国几所大学和加利福尼亚州斯坦福直线加速器中心实验室(SLAC)的研究人员发现了一种新的超离子冰相。
他们的发现加深了我们对天王星和海王星为什么有这样偏斜的磁场和多极的理解。
从我们的地球环境来看，你可能会认为水是一个简单的弯曲分子，由一个氧原子和两个氢原子组成，在水冻结时会定居在一个固定的位置。
超离子冰是奇怪的不同，但它可能是宇宙中最丰富的水形式之一——被认为不仅填满天王星、海王星的内部，也填满类似的太阳系外行星。
这些行星有着200万倍于地球大气层的极端压力，和高达太阳表面温度的炽热内部——这就是水变得奇怪的地方。
科学家们于2019年证实了物理学家在1988年就预测的东西：一种结构，其中超离子冰中的氧原子被锁在一个固体立方晶格中，而离子化的氢原子则自由流动，像电子在金属中一样穿过这个晶格。
这赋予超离子冰其导电性能。它也提高了它的熔点，使冰在高温下仍保持固态。
在这项最新研究中，斯坦福大学物理学家Arianna Gleason和同事用一些非常强大的激光轰击了两层钻石之间的薄片状水。
连续的冲击波将压力提高到200 GPa(200万大气压)，温度高达约5,000 K(8,500华氏度)——比2019年的实验温度更高，但压力更低。
“最近发现的富含水的类天王星系外行星需要更详细地了解[水]的相图，在与它们的行星内部相关的压力和温度条件下，”Gleason和同事们在其2022年1月的论文中解释道。
随后的X射线衍射显示了热、致密冰的晶体结构，尽管压力和温度条件只保持了几分之一秒。
所得到的衍射图案证实冰晶确实是一种新相，不同于2019年观察到的超离子冰。这种新发现的超离子冰，冰XIX，具有一种体心立方结构，相比于其前身冰XVIII，其电导率也有所提高。
这里的电导率很重要，因为移动的带电粒子会产生磁场。这就是发电机理论的基础，它描述了搅动电导流体(如地幔或其他天体内部)如何产生磁场。
如果一个类似于天王星的冰巨星的内部更多的是由一个糊状固体占据，而不是一个旋转的液体，那么它产生的磁场的类型就会改变。
如果该行星的向内核心的方向有两个不同电导率的超离子层，如格里森和同事们建议的海王星可能含有的那样，那么外层液态层产生的磁场会与它们各自产生不同的相互作用，使情况变得更加奇怪。
Gleason和同事们得出结论，类似于冰XIX的一层超离子冰的提高电导率，将促进产生类似天王星和海王星那样的古怪的多极磁场。
如果是这样，那么这将是令人满意的结果，在30多年前，美国航空航天局1977年发射的旅行者2号空间探测器飞过我们太阳系中的两个冰巨星，并测量了它们高度异常的磁场。
该研究发表在《科学报告》上。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。