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科学家在实验室里重新创造可能在外星世界发现的“热黑冰”

2021-11-01 12:28:18  来源:cnBeta.COM

据New Atlas报道,水的形式比许多人认为的要多得多,现在科学家们在实验室里重新创造了一个特别奇怪的形式--一种可能存在于天王星和海王星等行星深处的“热黑冰”。

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水的这一阶段被称为“超离子冰”,它在极高的温度和压力下形成,导致水分子分离成其组成的氢离子和氧离子。然后氧离子排列成一个立方体的晶格,氢离子围绕着它自由移动。总之,这使超离子冰具有相对较高的导电性和较低的密度,并且颜色较深。

不过,实际研究这种东西一直很棘手。这个阶段已经被理论化了几十年,实验证据在20世纪90年代开始出现,但直到2019年,科学家们才设法在实验室里生产出超离子冰。然而,在那个实验中,它只持续了一瞬间。

现在,美国阿贡国家实验室的科学家已经成功制造出稳定的超离子冰,其持续时间足以进行更详细的研究。首先,通过在一个钻石砧槽中挤压水的样本来施加压力,然后用激光对水进行加热。最后,一个被称为先进光子源(APS)的强大X射线激光器被用来对样品中的原子排列进行成像,以弄清水处于哪种阶段。

果然,研究表明,该实验正在产生超离子冰。它开始出现在627°C和1627°C之间的温度,以及20 GigaPascal的压力下。耐人寻味的是,这比模型预测的这种相的形成的压力要低得多。

该研究的共同作者Vitali Prakapenka说:“这是一个惊喜--每个人都认为这个阶段不会出现,直到你处于比我们第一次发现它的地方高得多的压力。但是我们能够非常准确地绘制这种新冰的属性,这构成了物质的一个新阶段,这要归功于几个强大的工具。”

研究在实验室中产生的超离子冰可以帮助科学家了解行星如何形成,甚至为寻找外星生命提供信息。人们认为,这种冰会在天王星和海王星这样的冰态巨行星上发现。研究小组说,还有更多的工作需要做,以探索是什么使超离子冰发挥作用。它的导电性、粘性和稳定性等特性仍然很模糊,而且当它与盐或其他矿物混合时,情况可能会发生巨大变化。

该研究发表在《自然-物理学》杂志上。

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