水在2000高温下可以结冰?水其实还有第20种形态:冰十八( 二 )


超离子水与冰晶
进入到21世纪 , 随着人类科技的进步 , 科学家们模拟了一个类似于行星内核的场所 。
处于内核当中 , 温度超过2000℃ , 压强相当于正常大气压的10万倍 , 经过初步研究分析 。

处于这样极端环境当中的物质都会非常奇怪 , 就比如水 , 处于固态与液态相交的状态 。
这时的水当中氧原子保持稳定状态不动 , 氢原子则是表现的比平常更加活跃 , 稳定的氧原子形成了紧密堆积的晶体格子 , 形成固态冰 。
固定下来的氧原子扩散当中的质子 , 促使离子的导电率不断攀升 , 超离子水就变得极容易导电 , 甚至超过金属材质 。
这种形态下的超离子水形成的固态 , 想要融化它 , 至少要超过形成它时所产生的温度 。

为了进一步研究超离子水的特性 , 科学家们又做了一场精密的实验 。
此前 , 由于技术条件的限制 , 人类研究超离子水是通过激光加热 , 使得水的温度迅速升温 , 简单就将超离子水的特性下了判断 。
这一次 , 带着更加精密设备的科学家 , 决定自己制作一份超离子水 。
考虑到制作的困难性 , 科学家采用了一颗只有1.5毫米宽的水滴进行试验 。
水滴被两颗金刚石包夹在当中 , 两颗金刚石在专门的仪器下能够产生极高的压强 , 模拟了行星内部的压强环境 。
在温度上 , 科学家还是采用了传统的激光加热 , 不同的是这一次加热的控制精准度控制在纳秒之内 。

一切准备就绪之后 , 科学家将水滴放置在了特制的试验台上 , 六个高功率的激光同时对准水滴 。
一旦实验开始 , 六个激光辐射出的能量能够瞬间达到2000摄氏度 , 科学家通过观察当中水分子的震动频率 , 就可以得知水状态的变化 。
激光辐射出的1纳秒内 , 数据已经记录在其中了 , 果不其然 , 水滴当中的原子在高温当中 , 仅仅是3到5纳秒的时间 , 就已经重新组合排列 , 5纳秒之后 , 水的震动频率发生变化 。

正所谓科学的道路永无止境 , 虽然证明了超离子水确实是存在的 , 但实验人员Fried说:“通过观察 , 我们可以确定物质状态的边界 。 ”
对于超离子水的观测仅仅是迈出了第一步 , 在未来还有更多的难题等着科学家们去探索 。
宇宙中的冰巨星
上世纪90年代 , 天文学家们对气态行星重新做了一个界定 , 因为天文学家们发现在天王星内部的气体成分只有20%为氢气 。
这与木星等纯正的气态行星不同 , 木星当中的氢气含量高达90%以上 , 而天王星的主要组成部分是冰 。
所以天文学家将这类主要由冰组成的巨行星踢出了气态行星的行列 , 将它们成为冰巨星 。

冰巨星的表层主要还是以氢气为主 , 表层之下是永冻的冰层 , 冰的主要组成成分为水、甲烷等物质 。
后来天文学家又对冰巨星当中的氢气进行了研究 , 发现冰巨星的氢气缺乏金属氢 , 成为又一重要的区分条件 。
科学家表示 , 目前所知当中冰巨星星球的内部很有可能充满了超离子水 , 比如天王星 。
天王星充满了固态的水源 , 虽然表面温度低至零下200摄氏度 , 但是内核产生的高温足以让水变为超离子水 。
随着时间的推移 , 行星内部的超离子水会发生对流的情况 , 最终整个内核都将充斥着超离子水 。
人类无法抵达这些行星的内部 , 却可以通过研究相同的物质 , 揭开星河系气态行星的秘密 。

甚至可以揭露 , 在天王星当中 , 究竟为何存在如此强大的磁场 。
天王星当中的磁场强度是地球的50倍 , 此前科学家推测 , 一方面很有可能与它庞大的体型有关 。
另一方面 , 可能是由于电离对流熔融冰幔 , 厚重的冰层影响了天王星磁场的周转变化 。

随着超离子水探索的深入 , 也许会改变人类对天王星等冰巨星现有的看法 。

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