天王星和海王星上都有神秘磁场？或许都源于一种能导电的冰

海王星拥有和地球类似的非静态磁场。

相图展示了水在高温、高压条件下的状态。

冰有超过十种结构，具体形态由环境的压力和温度条件决定。超离子冰是一种特殊的晶体形式，以半固态、半液态的形态存在，具有导电性。多种模型已经预测了超离子冰的存在，研究人员也曾多次在极端的实验室条件下观察到它的踪迹。然而，有关超离子冰的稳定存在条件仍然备受争议。

phys.org网站当地时间10月14日报道，美国芝加哥大学研究人员VitaliPrakapenka与德国波茨坦GFZ地球科学研究中心科学家SergeyLobanov领导的团队，测定了两种超离子冰（XVIII型冰和XX型冰）的结构、性质及电导率。该成果为解开水的光谱之谜提供了重要线索，有助于解释天王星和海王星非同寻常的磁场。相关成果刊登在《自然·物理学》杂志中。

通常来说，冰是寒冷的，至少冰箱中的I型冰是这样。然而，在高压条件下，VII型或VIII型冰能够存在于几百乃至几千摄氏度的高温环境中。在这次实验中，研究人员首先在室温下将水的压力提高至几十吉帕斯卡，以产生VII型冰或X型冰；随后，在恒压条件下，用激光加热方式提高温度。

在整个过程中，研究人员观察了晶体冰结构的变化：起初，氧原子和氢原子稍微偏离了固定位置；接着，氧原子保持固定，形成氧立方晶格；随着温度的升高，氢发生电离，它的电子传递给了氧晶格，而原子核（正电质子）迅速穿过了晶格，使其具有导电性。由此，超离子冰就诞生了。

目前，科学家们已经能够合成并识别两种超离子冰，并描绘出它们保持稳定的压力和温度条件。Lobanov说：“由于它们独特的密度和增强的光导率，我们将观测到的结构划分到了理论预测的超离子冰相。”

这些新发现使天王星和海王星悬而未决的磁场谜团趋于明朗。这两颗行星和地球相似，都是富含水的行星，但它们的磁场偏离了自转轴。因此，模型预测这两颗行星的磁场并非如地球一样由铁芯产生，而是由富含水的导电液体产生的。Lobanov说：“根据测定到的精细相边界，我们认为这两颗行星的上三分之一是液体，但更深的内部包含固体超离子冰。这证实了对磁场起源的预测。”

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编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《自然·物理学》

期刊编号：1745-2473

原文链接：https://phys.org/news/2021-10-evidence-superionic-ice-insights-unusual.html

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