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1.

无论是在北极仍是家里的冰柜深处,地球上的大部分冰都是以一种相对“一般”的形状存在。然而在极点的温度和压力下,水会被揉捏成各种美妙的姿态。30多pocket年前,物理学家猜测过一种独特的冰晶结构:在极大的压力之下,水会被揉捏成一种具有高导电性的超离子方式。但直到最近,劳伦斯利物莫国家试验室(LLNL)的物理学家才实在发现了这种冰晶结构。目前为止,科学家一共已发现18种不同的水的冰晶结构。

在新的试验中,研讨人员将强壮的激光器瞄向轻舞玉女水,在此进程中所发作的激波能把水的压力提高到数百万个大气压,温度提高到挨近太阳外表温度的一半。美妙的是,这样的进程并没有让水变成过热的液体或蒸汽,而是让水冻住成了固体,结晶成冰。


○ 高功率激光聚集在金刚石外表发作了一系列激波,激波穿过水层,一起对水进行紧缩和加热,迫使它冻住成超离子冰。(艺术设想图)| 图片来历:Millot、Coppari、Hamel、Krauss/LLNL


这种最新的冰的方式被称为超离子冰,它具有十分独特的性质。与咱们常见的冰都不同的是,超离子冰是黑色的,而且温度很高。一小立方体的超离子冰的泌阳天气预报质量,是平等巨细的一般冰的4倍。

尽管它很难天然地出现在地球上,但科学家以为它是世界中最丰厚的水的形状。至少在整个太阳系中,以超离子冰方式存在的水或许比其他任何态的水都要多。科学家以为,在天王星海王星的内部就充满了这种超离子冰,它们在这些行星上扮演着相似地球地幔相同的人物。在最近的《天然》期刊上,物理学家们具体报告了这一新的发现。

2.

从微观的层面上看,之前的所有水的冰晶结构都是由完好的水分子构成的,每个水分子都有一个星座性情氧原子和两个氢原子。但超离子冰却不相同,它像是一只“双面兽”,一部分是固体,一部分是液九九体:它的于魁智单个水分子会割裂,其间氧原子构成立方晶格,凝结成固体晶体;氢原子则自在地络绎在晶格之中,像液体相同四处活动。有科学家以为,这现已不能算是水的一种新的相了,而是一种新的独特的物质状况。

1988年,物理学家Pierfranco Demontis就曾通过建模来模仿这种独特的像金属相同的冰晶结构。他模仿了水在极点的压力和高温环境下的状况,在模仿中,水中的氧原子被锁在一个立方晶格中,带电的氢原子则能够自在移动。四处游走的氢赋予了这些冰很强的导电性,而且也添加了冰的熵,而熵的添加球球大作战下载也反过来使得这一冰晶结构比其他的冰愈加安稳,熔点更高。

但在其时,这一切都只逗留于幻想的层面,科学家很难实在信任它们的存在。而且Demonti技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版s所树立的第一个模仿其实是一个作出过许多物理简化的版别。在后来的一些模仿中,科学家开端将量子效应归入考量,但要从试验上来完成这一现象仍是天方夜谭。

到了上一年,物理学家Mapecarius MillotFederica Coppari等人好像找到了这种超离子冰存在的第一丝痕迹。他们对液态的水进行紧缩,使得液态水在十亿分之r星一秒内变成了固态冰。通过丈量发现,这种“水冰”的导电性在短时间内比之前增强了数zhiboba百倍,这意味着水冰现已变成了“超离子”态。

在最新的测验中,研讨人员运用6束巨大的激光束来发作一系列的激波,这一次,他们发明晰数百万凶恶故事倍于地球外表的压力和数千摄氏度的温度,将一层薄薄的液态水紧缩成了凝结的冰。他们精确地记录了X射线亮光触碰到这种结构的时长,在十亿分之一秒后,水开端结晶成纳米巨细的冰块。然后,他技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版们再用16束激光去让放置于水样本一旁的铁箔片蒸腾,由此发作的热等离子领会向已结晶的水中注入X射线。


○ X射线衍射试验相片。巨型激光顷刻器聚集在水样上,将水样紧缩成超离子相。额定的激光束从一块铁箔片上发作出X射线,使研讨人员能够对紧缩的水层进行技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版快速成像。| 图片来历:Millot, Coppari, Kowaluk/LLNL

随后,从冰晶中衍射出来的X射线,足以使研讨人员辨别出它们的结构。112是什么电话他们看到氧原子被紧紧地塞进了面心立方晶格(FCC)中,也便是立方体中的每个极点以及每个面的中心都有一个原子。这是科学家们初次观察到水能够具有这样的冰晶结构,它标明水的这种超离子相并不仅仅存在于模仿之中,而是实在存在的。

3.

行星科学家们也曾置疑过水或许存在超离子冰相。就在超离子冰的概念被刚刚提出前后,进入了外太阳系的旅行者2号探测器就发现了天王星和海王星的磁场有一些乖僻。这类巨大的行星一般被称为冰巨星,大约有65%是水,还有一些氨和甲烷。


○ 天王星与海王星。| 图片来历:Wikipedia

关于地球、木星和土星等行星而言,磁场分为南北南北极,大力水手明晰明晰,就好像在这些行星的中心有一个方向与自转轴共同的条形磁铁相同。行星科学家三人即将这归因于当行星百度使用旋转时,行星内部的导电流体上升cctv6在线直播并回旋扭转,然后发作了巨大的磁场。

相比之下,天王星和海王星的磁场看起来很不平坦、很杂乱。海王星的磁大豆异黄酮场就像是由一个方向现已发作偏移的条形磁铁所发作的,这个磁铁的南北极会从赤道处伸出来;天王星的磁场更是乖僻,它像是由一条被上下颠倒的条形磁铁所构成的,磁场的方向和行星的自转好像也没有多大的联系。这两个冰巨星的磁场都或许不太安稳。

新的研讨成果为天王星和海王星供给了一些信息。试验成果技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版标明,天王星和海王星应该有一个超离子冰层,它相似于地球的地幔。这或许能解说这些星球为何会具有如此不同寻常的磁场。Millot提出,在天王星和海王星的超离子冰层的顶部边际或许存在一层液体,而且这层液体也是一种具有高导电性的水相。这些行星的磁场或许就来源于此,比技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版其他行星的磁场离行星外表更近,这或许能解说它们的不安稳性。

4.

新的发现将极大地改动咱们关于冰巨星等行星内部结技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版构的了解,而且跟着天文学家现已发现更多像海王星和天王星这样的系外行星,因而这一发现或许在世界中的悠远部分也相同适用。

除此之外,对超离子冰的成功发现也标明,一些从事资料物理学研讨的科学家的终极“愿望”或许很快就会完成:他们设想出想要的资料性质,然后用电脑从理论上弄清楚这样的资料将会有怎样的晶体结构。这关于资料学来说,将会是一个严重的飞越。

参阅链接:

[1] https://www.nature.技校门,这类灰黑色的冰,溫度是太阳光表层的一大半-anggame安博电竞app-安博电竞app下载-安博电竞手机版com/articles/s41586-019-1114-6#MOESM1

[2] https://www.nationalgeographic.com/science/2019/05/bizarre-hot-ice-xviii-seen-on-earth-superionic-uranus-neptune/

[3] https://www.quantamagazine.org/black-hot-superionic-ice-may-be-natures-most-common-form-of-water-20190508/

[4] https://www.sciencealert.com/exotic-form-of-water-ice-is-half-as-hot-as-诱行the-sun-and-it-s-just-been-created-here-on-earth