華盛頓特區(qū)——一層“熱的”導(dǎo)電冰可能是產(chǎn)生天王星和海王星等冰巨行星磁場的原因。卡內(nèi)基大學(xué)和芝加哥大學(xué)高級輻射源中心的新工作揭示了形成兩種這種超離子冰的條件。他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然物理學(xué)》上。
正如所有學(xué)童所學(xué)，水分子由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子——H20 組成。隨著水存在的條件發(fā)生變化，這些分子的組織和性質(zhì)會受到影響。當(dāng)液態(tài)水被煮沸成蒸汽或凍結(jié)成冰時(shí)，我們可以在日常生活中看到這一點(diǎn)。
您可能會在冬天的水杯中或車道上找到構(gòu)成普通冰的分子，這些分子排列在晶格中，由氫原子和氧原子之間的氫鍵連接在一起。氫鍵用途廣泛。這意味著冰可以存在于不同結(jié)構(gòu)的驚人多樣性中——至少有 18 種已知形式——這些結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在越來越極端的環(huán)境條件下。
特別令人感興趣的是所謂的超離子冰，它在非常高的壓力和溫度下形成，其中傳統(tǒng)的水分子鍵發(fā)生了變化，使氫分子在氧晶格中自由漂浮。這種流動性使冰能夠像金屬材料一樣導(dǎo)電。
對實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的高溫超離子冰的觀察導(dǎo)致了相互矛盾的結(jié)果，并且對于新特性出現(xiàn)的確切條件存在很大分歧。
“因此，由芝加哥大學(xué)的 Vitali Prakapenka 領(lǐng)導(dǎo)的我們的研究團(tuán)隊(duì)開始使用多種光譜工具來繪制在高達(dá) 150 萬倍正常大氣壓和約 11,200 華氏度的條件下冰結(jié)構(gòu)和特性的變化圖，”解釋說。卡內(nèi)基的亞歷山大·岡察洛夫。
通過這樣做，科學(xué)家們——還包括前卡內(nèi)基的 Nicholas Holtgrewe，現(xiàn)在在圣路易斯的食品和藥物管理局，以及前卡內(nèi)基的 Sergey Lobanov，現(xiàn)在在 GFZ 德國地球科學(xué)研究中心——能夠查明出現(xiàn)兩種形式的超離子冰，其中一種可以在冰巨行星天王星和海王星的內(nèi)部找到。
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