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冰巨星是如何维持磁场的

导读华盛顿特区——一层热的导电冰可能是产生天王星和海王星等冰巨行星磁场的原因。卡内基大学和芝加哥大学高级辐射源中心的新工作揭示了形成两

华盛顿特区——一层“热的”导电冰可能是产生天王星和海王星等冰巨行星磁场的原因。卡内基大学和芝加哥大学高级辐射源中心的新工作揭示了形成两种这种超离子冰的条件。他们的发现发表在《自然物理学》上。

正如所有学童所学,水分子由两个氢原子和一个氧原子——H20 组成。随着水存在的条件发生变化,这些分子的组织和性质会受到影响。当液态水被煮沸成蒸汽或冻结成冰时,我们可以在日常生活中看到这一点。

您可能会在冬天的水杯中或车道上找到构成普通冰的分子,这些分子排列在晶格中,由氢原子和氧原子之间的氢键连接在一起。氢键用途广泛。这意味着冰可以存在于不同结构的惊人多样性中——至少有 18 种已知形式——这些结构出现在越来越极端的环境条件下。

特别令人感兴趣的是所谓的超离子冰,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,使氢分子在氧晶格中自由漂浮。这种流动性使冰能够像金属材料一样导电。

对实验室中产生的高温超离子冰的观察导致了相互矛盾的结果,并且对于新特性出现的确切条件存在很大分歧。

“因此,由芝加哥大学的 Vitali Prakapenka 领导的我们的研究团队开始使用多种光谱工具来绘制在高达 150 万倍正常大气压和约 11,200 华氏度的条件下冰结构和特性的变化图,”解释说。卡内基的亚历山大·冈察洛夫。

通过这样做,科学家们——还包括前卡内基的 Nicholas Holtgrewe,现在在圣路易斯的食品和药物管理局,以及前卡内基的 Sergey Lobanov,现在在 GFZ 德国地球科学研究中心——能够查明出现两种形式的超离子冰,其中一种可以在冰巨行星天王星和海王星的内部找到。

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