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人造超级冰是什么？为您揭秘宇宙中的奇异水相

时间：2019-5-17 17:45作者：update 阅读(978) 评论: 5

导读：我们从读书的时候就知道水只有在零度以下才会结冰，如果说2000多度高温之下水也会结冰，相信绝大多数人都不会认同，然而科学家真正的实现了这个现象，到底是怎么一回事呢？今天为大家揭秘宇宙中的奇异水相——超级冰 ...

　　绝大多数人都认为温度高的水会沸腾起来，温度低的水会结冰，水的沸腾点是100℃，水的冰点是0℃，这是绝大多数人的看法。生活在地球上的人对于温度非常的敏感，温度的高低也会对自然界的事物造成一些影响。

　　我们从读书的时候就知道水只有在零度以下才会结冰，如果说2000多度高温之下水也会结冰，相信绝大多数人都不会认同，然而科学家真正的实现了这个现象，到底是怎么一回事呢？今天为大家揭秘宇宙中的奇异水相——超级冰！

　　冰七

　　在很早之前科学家就发现到了超级冰的存在，最开始的一种超级冰被命名为冰七，它处于地球深处的钻石当中，科学家发现当有大量水的时候，水底就会形成极大的压力，压力通常超过百万大气压，在如此巨大的大气压之下就会让液态海水压缩成为冰七。

　　冰十八

　　巨大压力会让水的形态发生变化，这让科学家获得了灵感，前不久罗切斯特大学实验室里，科学家利用高能激光进行了模拟实验，实验就是让钻石当中的水分子进行高速挤压，让它产生足够大的水压，当压力达到巨大可以比拟地球核心的时候，温度上升到了2000度，水的形态终于发生了变化，它变成了冰，这就是超级冰的另一个形态——冰十八，也是第一个人造超级冰。

　　最近，科学家在罗切斯特大学的激光力学能实验室成功创造出超离子导体冰。超离子导体冰拥有一系列怪异的特性，有助于揭示天王星、海王星等冰巨星的谜团。科学家指出这种奇异水相可能遍布宇宙的每个角落。

　　在纽约布莱顿的激光力学能实验室，科学家利用世界上最强大的激光轰击一滴水，所形成的冲击波让水的压力达到大气压的数百万倍，温度飙升到数千摄氏度。

　　与此同时，X射线穿过水滴，让科学家首次目睹极端环境下的水形态。X射线观测结果表明冲击波内的水并没有成为超热液态或者气态，反而是原子冻结，形成水晶般透明的冰。正如隔壁房间中目不转睛盯着屏幕的科学家们所预期的一样。

　　这项实验由劳伦斯•利弗莫尔国家实验室物理学家费德丽卡•科帕里和马修斯·米洛特带队，研究发现刊登在《自然》杂志上。实验证明了所谓的“超离子导体冰”的存在。

　　这是一种奇异的水相，拥有一系列不可思议的特性。与我们熟悉的冰不同，超离子导体冰“又黑又烫”，密度是普通冰的4倍。30年前，科学家首次提出理论，预言超离子导体冰的存在。尽管直到如今科学家才能确认它的存在，但他们一直认为超离子导体冰可能是宇宙中数量最多的水形态之一。

　　罗切斯特大学激光力学能实验室的X射线衍射实验，模拟结果显示在极端压力和温度条件下，水分子会土崩瓦解。氧原子被禁锢在立方晶格，氢原子从一个位置跳到另一个位置。由于速度太快，它们仿佛液体一样流动。此外，氢原子还发生电离，本质上就是一个带正电的质子。这意味着冰十八能够导电，氢原子扮演电子的角色。此外，松散的氢原子还能提高冰十八的熵值，让这种冰的稳定性超过其它冰晶，进而导致融点飙升。

　　就在科学家首次预言冰十八前后，“旅行者2”号飞船进入太阳系外侧，并发现了天王星和海王星磁场的怪异现象。太阳系其它行星的磁场拥有明确的南极和北极，并没有太多其它结构。相比之下，天王星和海王星的磁场更为复杂，并不只有南北两极，与自转方向也不一致。一种可能性是，负责两颗冰巨星“发电机”运转的导电流体被禁锢在天王星和海王星的薄外壳，而不是进入地核。不过，这意味着它们可能拥有固态核心，而固态核心无法形成“发电机”。

　　在确定冰十八的特性后，科帕里和米洛特带领他们的团队分析冰十八的结构。萨尔兹曼表示：“如果想证明某种物质是晶体，你需要进行X射线衍射。”他们的新实验略过了冰六和冰七，利用激光轰击钻石砧之间的水滴。十亿分之几秒后，随着冲击波穿过，水开始晶体化，变成只有纳米大小的冰块。科学家利用16道激光束蒸发样本旁边的薄铁片，所产生的炙热等离子体让晶体被X射线淹没。冰晶让X射线发生衍射，允许研究小组推测它们的结构。

　　分析结果显示虽然冰十八能够导电，但它们呈糊状固态，会随着时间推移流动。在天王星和海王星内部，流体层可能在8000公里处戛然而止，随之而来的是冰十八构成的地幔，导致发电机作用被限制在较浅的深度，进而造就了与众不同的磁场。太阳系的其它行星和卫星内部并不具备产生冰十八所需的温度和压力。很多系外冰巨星可能存在冰十八，说明在银河系的多冰世界，冰十八是一种常见物质。

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