外太空的水和地球上的形态有什么不一样

新鲜人

　　2018-02-20 01:56

　　水是一种简单的分子，由两个氢与一个氧相连，三个原子通常形成V形。科学家们证实了一种同时具有固体和液体的水。这是研究水的最新进展，也是一种看似简单的物质，可以在许多不同的配置之间切换。加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家马里乌斯米洛说：“这真是一件奇怪的事情。

　　

　　这种新形态的水被称为超离子水，由一个刚性的氧原子晶格组成，通过这个氧原子，带正电荷的氢核移动。人们并不知道自然存在于地球上的任何地方，但它可能在太阳系中更加丰富，即可以像金属一样导电的超离子冰可以解释天王星和海王星的不平衡磁场。

　　当挤压时，氢和氧混合成其他晶体结构，科学家们现在已经发现十几种不同形式的冰。理论家们在30年前就首次提出了超强离子水可能存在于极高的压力和高温状态下。热量融化了氢原子和氧原子之间的化学连接。高压使得较大和较重的氧原子以固定的晶体排列堆积，而氢核或氢离子开始流过。这使得它像金属一样成为导电体，但电流由带正电荷的离子携带而不是带负电荷的电子携带。

　　

　　加州大学伯克利分校的地球和行星科学教授雷蒙德·让洛兹说：“这就像部分冰融化后形成的冰水混合物。”在新的实验中，劳伦斯利弗莫尔的科学家首先在两片金刚石施加每平方英36 万磅的压力，对水进行了挤压。这份压力相当于地球表面气压的25000倍，并且水被挤压成一种称为ice VII的冰，其比常规水密度大约60％。在室温下为固体。每个金刚石细胞含有大约百万分之一盎司的水。

　　研究人员随后将装在随身行李中的压缩冰块带到罗切斯特大学，在那里用激光脉冲进行爆炸。这引起了持续10秒至20亿分之一秒的冲击波，将其加热至数千度并施加超过地球大气一百万倍的压力。这些条件存在于天王星和海王星内部，以及其他恒星周围的众多冰巨行星中。

　　其他小组在早些时候的实验中已经制造出了可能是超离子导体的水，但是那些科学家并不能确定电流是否由离子而不是电子携带。在这里，Millot博士和他的同事们捕捉到冰的光学外观。如果电子在四处移动，它就应该是反射性的（这就是为什么金属是有光泽的）。相反，他们得到的冰是不反光的。这指出了离子是运动的，这是一块超离子冰。超离子冰在约华氏8500度时融化成液体。普林斯顿大学化学教授Roberto Car说：“这是一个相当惊人的实验，结果、理论和计算预测是一致的。”

　　

　　超离子冰能够帮助解释天王星和海王星偏离中心的磁场，太阳系的第七和第八大行星被称为冰巨行星，并在20世纪80年代被美国宇航局的旅行者2 号航天器短暂访问过。而不是地球的核心产生的磁场，这些冰冷的天体领域可能是在行星内部超离子冰的外壳内产生的。Jeanloz博士说：“实验和预测之间的协议提供了保证，科学家们开始了解分子在变化的温度和压力下通常会产生怎样的基本物理特性，这足以用于实际应用。”

　　Car博士是在计算机模拟中探索超离子冰的科学家之一，他表示可能有几种类型的超离子冰，氧原子在不同的晶体结构中以更高的压力重新排列，这不容易测试。他说：“我总是对实验人员的聪明才智感到惊讶。”他设计出了创造产生类似超离子冰的极端条件方法，以及验证结果的棘手测量方式。（科技新发现 康斯坦丁/文）