科学家们重新创造了被认为存在于外星世界的热黑冰

水可以呈现出比许多人认为的要多得多的形式，现在科学家们在实验室中重建了一种特别奇怪的形式——一种可能存在于天王星和海王星等行星深处的“热黑冰”。

这种水相被称为超离子冰，它在极高的温度和压力下形成，导致水分子分离成氢离子和氧离子。氧离子然后自己排列成一个立方体形的晶格，氢离子在它周围自由移动。总而言之，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。

但实际上研究这些东西很棘手。这个阶段已经被理论化了几十年，实验证据在 1990 年代开始出现，但直到 2019 年，科学家们才设法在实验室中生产出超离子冰。然而，在那个实验中，它只持续了一瞬间。

现在，阿贡国家实验室的科学家们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，通过在金刚石砧座中挤压水样来施加压力，然后使用激光加热水。最后，该团队使用称为高级光子源 (APS) 的高能 X 射线光源设备对样品中的原子排列进行成像，以确定水的相态。

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 1,627 °C(1,160 °F 和 2,960 °F)之间的温度和 20 GigaPascals 的压力下。有趣的是，这比模型预测的这一阶段形成的压力要低得多。

该研究的合著者 Vitali Prakapenka 说：“这是一个惊喜——每个人都认为这个阶段不会出现，除非你处于比我们最初发现的压力高得多的压力下。” “但我们能够非常准确地绘制这种新冰的特性，这要归功于几种强大的工具，它构成了物质的新阶段。”

在实验室生产超离子冰不仅仅是一种好奇——研究它可以帮助我们了解行星是如何形成的，甚至可以告诉我们在哪里寻找外星生命。人们认为这种冰会出现在像天王星和海王星这样的冰巨行星上，如果这样的话，超离子冰的泥泞地幔可以产生这些世界的磁场。

该团队表示，还需要做更多的工作来探索是什么让超离子冰滴答作响。它的导电性、粘度和稳定性等特性仍然模糊不清，当它与盐或其他矿物质混合时，情况可能会发生巨大变化。

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