像天王星和海王星般的冰巨行星如何维持磁场

一层「热」的导电冰可能是天王星和海王星等冰巨行星產生磁场的原因，卡内基和芝加哥大学高级辐射源中心揭示了形成两种超离子冰的条件，该发现发表於《Nature Physics》期刊上。

眾所皆知水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成H2O，当水存在的条件发生变化时，这些分子的组织和性质会受到影响，如日常所见当液态水煮沸成蒸汽或结冻成冰般。普通的冰分子由氢原子和氧原子之间的氢键连接在一起，氢键具有高度的通用性，这表示冰可以以惊人的多样性存在於不同的结构中，目前已知至少就有18种形式，这些结构出现在越来越极端的环境条件下。

而其中的超离子冰令人特别感到兴趣，它在非常高的压力和温度下形成，其中传统的水分子键发生了变化，使得氢分子在氧晶格中自由漂移，这种流动性使冰能够像金属材料一样导电。而其中的超离子冰令人特别感到兴趣，它在非常高的压力和温度下形成，使其中传统的水分子键发生了变化，使氢分子在氧晶格中自由漂移，而这种流动性使冰能够像金属材料一样导电。

但对实验室中產生的高温超离子冰的观察却导致了相互矛盾的结果，并且对於新特性出现的确切条件存在很大分歧。因此研究团队使用多种光谱工具来绘製在高达150万倍正常大气压和约摄氏6,200度的条件下，冰结构和特性的变化图。如此能让科学家们确定两种形式超离子冰的出现，他们认為其中一种可能可以在冰巨行星天王星和海王星的内部找到。

研究人员表示，為了在非常极端的条件下探测这种独特物质状态的结构，他们使用先进光子源的明亮高能同步加速器X射线束，被聚焦到大约3微米，即比人的一根髮丝还小30倍。这些实验非常具有挑战性，因此需要在十年内进行几千次，才足以获得够高品质的数据，来解决长期存在的冰在与巨行星内部相关的条件下高压高温行為的谜团。

研究人员补充，模拟表明这两颗行星的磁场是在相对较浅的深度发现的薄流体层中產生的，超离子冰的导电性将能够完成这种类型的磁场生成，其所揭示的两种结构之一可能存在於这些磁场生成区的条件下。研究团队还需要进一步的研究，以了解这些冰相在冰巨行星内部条件下的导电性和黏度。（编译／赵瑞青）

图说明了实验是如何进行的，揭示了两种形式的超离子冰。图片来源：Vitali Prakapenka提供

资料来源：SciTechDaily

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