首次觀察到可能在外行星上形成的奇怪冰

以前通過(guò)理論模型預(yù)測(cè)，我們現(xiàn)在有了塑料的第一次實(shí)驗(yàn)觀察冰 VII.這聽(tīng)起來(lái)像是一部低成本的特許經(jīng)營(yíng)電影，但實(shí)際上是科學(xué)家認(rèn)為可能在海洋中形成的水的一個(gè)奇特階段外星球.

我們談?wù)摰挠卸嗥嫣?？塑?Ice VII 需要極高的溫度和壓力才能形成。隨著溫度和壓力的升高，水分子被迫進(jìn)入各種構(gòu)型和動(dòng)力學(xué)。

一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)將水?dāng)D壓至 6 吉帕的壓力并將其加熱到高達(dá) 327 的溫度來(lái)創(chuàng)造 Ice VII°C （620 °F），使用法國(guó)勞厄-朗之萬(wàn)研究所 （ILL） 的高水平儀器密切觀察其相位變化。

Ice VII 具有明顯交織的立方體結(jié)構(gòu)，其中氫變得有點(diǎn)混亂。然而，當(dāng)這種結(jié)構(gòu)被允許“熔化”時(shí)會(huì)發(fā)生什么，一直不清楚，有些人認(rèn)為當(dāng)它們的氫四處游蕩時(shí)，分子會(huì)留在原位。

假設(shè)水相的微妙性質(zhì)需要仔細(xì)測(cè)量其氫的運(yùn)動(dòng)，而不是其形狀的快照，因此科學(xué)家無(wú)法證明它的存在也就不足為奇了。直到現(xiàn)在。

用于識(shí)別 Ice VII 的技術(shù)之一是準(zhǔn)彈性中子散射（QENS），其中物質(zhì)內(nèi)部的微小顆粒運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)中子進(jìn)行追蹤。

“與其他光譜技術(shù)相比，QENS 探測(cè)平移和旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)的能力是探索這種奇異相變的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，”說(shuō)來(lái)自意大利羅馬第一大學(xué)的物理學(xué)家 Maria Rescigno。

正如預(yù)測(cè)的那樣大約 17 年前，研究小組能夠在微觀層面上看到氫旋轉(zhuǎn)，當(dāng) Ice VII——數(shù)十個(gè)冰相我們知道 – 被加熱并承受更大的壓力。

然而，有一個(gè)驚喜：塑料 Ice VII 內(nèi)的分子并不是自由旋轉(zhuǎn)的，而是以交錯(cuò)的步驟轉(zhuǎn)動(dòng)。研究人員說(shuō)，這可能是由于分子之間的氫鍵被破壞和恢復(fù)的方式。

“QENS 測(cè)量表明，塑性冰 VII 的分子旋轉(zhuǎn)機(jī)制與最初預(yù)期的自由轉(zhuǎn)子行為不同，”解釋雷西尼奧。

宇宙中遙遠(yuǎn)的冰冷世界 – 例如海王星，或木星的衛(wèi)星木衛(wèi)二——專(zhuān)家認(rèn)為，過(guò)去可能藏有塑料 Ice VII。能夠在實(shí)驗(yàn)室中觀察冰的行為也讓我們更好地了解這些行星及其衛(wèi)星過(guò)去發(fā)生的事情。

這是未來(lái)研究的一個(gè)潛在領(lǐng)域。另一個(gè)方法是仔細(xì)研究向塑料 Ice VII 的過(guò)渡是如何發(fā)生的，根據(jù)建模，這可能是連續(xù)的、漸進(jìn)的，也可能是更突然的。

“持續(xù)過(guò)渡情景非常有趣，”說(shuō)來(lái)自羅馬第一大學(xué)的物理學(xué)家 Livia Bove。

“它暗示塑性相可能是難以捉摸的超離子相的前體——另一種在更高的溫度和壓力下預(yù)測(cè)的水的混合奇異相，其中氫可以通過(guò)氧晶體結(jié)構(gòu)自由擴(kuò)散。”

該研究已發(fā)表在自然界.

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