外太空的水和地球上的形態(tài)有什么不一樣

水是一種簡(jiǎn)單的分子，由兩個(gè)氫與一個(gè)氧相連，三個(gè)原子通常形成V形?？茖W(xué)家們證實(shí)了一種同時(shí)具有固體和液體的水。這是研究水的最新進(jìn)展，也是一種看似簡(jiǎn)單的物質(zhì)，可以在許多不同的配置之間切換。加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的物理學(xué)家馬里烏斯米洛說：“這真是一件奇怪的事情。

這種新形態(tài)的水被稱為超離子水，由一個(gè)剛性的氧原子晶格組成，通過這個(gè)氧原子，帶正電荷的氫核移動(dòng)。人們并不知道自然存在于地球上的任何地方，但它可能在太陽系中更加豐富，即可以像金屬一樣導(dǎo)電的超離子冰可以解釋天王星和海王星的不平衡磁場(chǎng)。

當(dāng)擠壓時(shí)，氫和氧混合成其他晶體結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)十幾種不同形式的冰。理論家們?cè)?0年前就首次提出了超強(qiáng)離子水可能存在于極高的壓力和高溫狀態(tài)下。熱量融化了氫原子和氧原子之間的化學(xué)連接。高壓使得較大和較重的氧原子以固定的晶體排列堆積，而氫核或氫離子開始流過。這使得它像金屬一樣成為導(dǎo)電體，但電流由帶正電荷的離子攜帶而不是帶負(fù)電荷的電子攜帶。

加州大學(xué)伯克利分校的地球和行星科學(xué)教授雷蒙德·讓洛茲說：“這就像部分冰融化后形成的冰水混合物。”在新的實(shí)驗(yàn)中，勞倫斯利弗莫爾的科學(xué)家首先在兩片金剛石施加每平方英36 萬磅的壓力，對(duì)水進(jìn)行了擠壓。這份壓力相當(dāng)于地球表面氣壓的25000倍，并且水被擠壓成一種稱為ice VII的冰，其比常規(guī)水密度大約60％。在室溫下為固體。每個(gè)金剛石細(xì)胞含有大約百萬分之一盎司的水。

研究人員隨后將裝在隨身行李中的壓縮冰塊帶到羅切斯特大學(xué)，在那里用激光脈沖進(jìn)行爆炸。這引起了持續(xù)10秒至20億分之一秒的沖擊波，將其加熱至數(shù)千度并施加超過地球大氣一百萬倍的壓力。這些條件存在于天王星和海王星內(nèi)部，以及其他恒星周圍的眾多冰巨行星中。

其他小組在早些時(shí)候的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)制造出了可能是超離子導(dǎo)體的水，但是那些科學(xué)家并不能確定電流是否由離子而不是電子攜帶。在這里，Millot博士和他的同事們捕捉到冰的光學(xué)外觀。如果電子在四處移動(dòng)，它就應(yīng)該是反射性的（這就是為什么金屬是有光澤的）。相反，他們得到的冰是不反光的。這指出了離子是運(yùn)動(dòng)的，這是一塊超離子冰。超離子冰在約華氏8500度時(shí)融化成液體。普林斯頓大學(xué)化學(xué)教授Roberto Car說：“這是一個(gè)相當(dāng)驚人的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果、理論和計(jì)算預(yù)測(cè)是一致的?！?

超離子冰能夠幫助解釋天王星和海王星偏離中心的磁場(chǎng)，太陽系的第七和第八大行星被稱為冰巨行星，并在20世紀(jì)80年代被美國(guó)宇航局的旅行者2 號(hào)航天器短暫訪問過。而不是地球的核心產(chǎn)生的磁場(chǎng)，這些冰冷的天體領(lǐng)域可能是在行星內(nèi)部超離子冰的外殼內(nèi)產(chǎn)生的。Jeanloz博士說：“實(shí)驗(yàn)和預(yù)測(cè)之間的協(xié)議提供了保證，科學(xué)家們開始了解分子在變化的溫度和壓力下通常會(huì)產(chǎn)生怎樣的基本物理特性，這足以用于實(shí)際應(yīng)用。”

Car博士是在計(jì)算機(jī)模擬中探索超離子冰的科學(xué)家之一，他表示可能有幾種類型的超離子冰，氧原子在不同的晶體結(jié)構(gòu)中以更高的壓力重新排列，這不容易測(cè)試。他說：“我總是對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的聰明才智感到驚訝。”他設(shè)計(jì)出了創(chuàng)造產(chǎn)生類似超離子冰的極端條件方法，以及驗(yàn)證結(jié)果的棘手測(cè)量方式。（科技新發(fā)現(xiàn) 康斯坦丁/文）

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