據外媒報道，一層“熱”導電冰可能是產生天王星和海王星這樣的冰巨行星的磁場的原因。來自卡內基大學和芝加哥大學高級輻射源中心的新研究工作揭示了這兩個超離子冰的形成條件。他們的發現已經發表在了《Nature Physics》上。
眾所周知，水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成的–H20。當水存在的條件發生變化時，這些分子的組織和性質就會受到影響。在我們的日常生活中，當液態水被煮成蒸汽或凍結成冰時就可以看到這一點。
組成普通冰塊的分子被氫原子和氧原子之間的氫鍵固定在一個晶格中。氫鍵具有高度的通用性。這意味着冰可以以驚人的多樣性存在於不同的結構中–至少有18種已知的形式–它們在越來越極端的環境條件下出現。
而特別令人感興趣的是所謂的超離子冰，它是在非常高的壓力和溫度下形成，其中傳統的水分子鍵被移位，允許氫分子在氧晶格中自由漂浮。這種移動性使得冰的導電能力幾乎跟金屬材料一樣好。
對實驗室中產生的熱超離子冰的觀察導致了相互矛盾的結果，對新特性出現的確切條件也有很大的分歧。
“因此，我們的研究小組在芝加哥大學的Vitali Prakapenka的領導下着手使用多種光譜工具來繪製冰的結構和屬性在高達150萬倍正常大氣壓力和約11200華氏度的條件下的變化，”來自卡內基的Alexander Goncharov表示。
科學家們通過這樣的方式確定下兩種形式的超離子冰的出現，他們認為其中一種可能能在冰巨行星天王星和海王星的內部發現。
“為了在非常極端的條件下探測這種獨特的物質狀態的結構，由激光加熱並壓縮在兩個鑽石之間，我們使用了高級光子源的輝煌的高能同步輻射X射線束，它被聚焦到大約3微米，比一根人類頭髮小30倍，”Prakapenka解釋稱，“這些實驗是如此具有挑戰性，以至於我們必須在十年內進行幾千次實驗以獲得足夠的高質量數據來解決長期以來跟巨行星內部相關的條件下冰的高壓、高溫行為之謎。”
“模擬表明，這兩顆行星的磁場是在相對較淺的深度發現的薄的流體層中產生的，”Goncharov補充道，“超離子冰的導電性將能完成這種類型的磁場生成，我們揭示的兩種結構之一可能存在於這些磁場生成區的條件下。”
科學家們需要進一步研究以了解這些冰相在冰巨人內部條件下的導電性能和粘度。