巨大行星里可能有超离子水——处于这种奇怪状态的水，坚硬如铁、发出黄光

2002

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巨大行星里可能有超离子水
处于这种奇怪状态的水，坚硬如铁、发出黄光

March 26, 2005 　　

OurSci News Staff 　　

普通水

　　〖北京〗化学家们重建了像海王星那样的气体大行星的内部环境，发现那里的水可能有着非常奇特的性质。

　　这些行星内部的环境是很极端的：超过1000℃的高温，10万倍大气压的压强。在这滚烫的巨型熔炉里，普通的物质也会变得很奇怪，这其中包括水。计算机模拟和现实实验都证明了这一点。

　　以前就有人预言，这种环境中的水将既不是液体，也不是固体，而处于某种“超离子”(superionic)状态，其中氧原子固定不动，氢原子则高速移动。

　　美国劳伦斯·利弗莫尔国立实验室的Laurence Fried及其同事决定尝试把水变成超离子状态。为了制造出所需的巨大压强，研究小组使用一种装置将水挤压在两块钻石之间，用红外激光束加热。同时观察水分子振动频率，寻找频率突然变化——即水的状态发生变化的标志。Fried说：“通过观察，我们可以确定物质状态的边界，但并不知道边界那边到底是什么。”

　　科学家还研究了原子行为的计算机模型，显示水的确进入了一种界于固体与液体之间的超离子状态。追踪一组60个仿真原子的变化，需要几个星期的时间和相当于1000台手提电脑的运算能力。

超离子水

　　模型显示，随着温度和压强升高，水分子裂解，进入一种比普通的冰更致密的非分子状态，随后进入超离子态。Fried承认，这很难想象。他解释说：“最好把它想成一个由氧原子构成的固定网络，但氢原子可以自由移动。”

　　如果将这样的水带到地球上的普通房间里，它会爆炸。但在行星内部，它坚硬如铁，而且由于高热而发出浅黄色光芒。Fried在最近于圣迭戈举行的美国化学学会会议上展示了这一成果。

　　美国Carnegie研究所地球物理实验室的高温化学专家Russell Hemley说：“我认为这项成果非常漂亮，研究者既作了计算，也做了实验，使它显得很可靠。”他补充说，希望看到实验室中超离子态水存在的更直接证据。Fried对此表示同意，其下一目标是测量热量在超离子水里的传播速度。

　　如果巨大气体行星内部真的存在超离子水，则太阳系里超离子水含量可能比普通水还多。他还说，超离子水的导电性可能非常好，从而使海王星和天王星拥有强磁场。

　　References:

　　1. Giant planets may host superionic water,Nature News |Story|

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收录时间：2005.03.26
作者：
编辑：碧声
来源：三思编译

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