来自美国的研究团队于 5 日表示，他们成功在地球上创造了一种介于液体与固体状态的“超离子水”，他们相信这样的发现将能够解释许多天文学家怀疑已久的问题。
理论上，有这么一个东西……
一直以来，天文学家均注意到天王星、海王星产生的磁场和地球很不一样，面对这奇怪的现象，科学家假设这是因为存在于天王星、海王星的水冰是一种既是液体，也是固体的“超离子水”（superionic water）。
星球的怪异磁场是因为它
他们认为，在理论上这种状态的“超离子水”会像金属一样导电，才会让天王星、海王星的磁场这么奇怪，但是过去并没有人能证明“超离子水”存在。
▲ 水分子特殊的性质，让科学家对此进行了各式各样的研究。（Source：pixabay）
水分子的千万种风貌
一般来说，水是由两个氢原子、一个氧原子构成的分子，并以 V 字型的方式相互连结。当有非常多水分子聚集时，它们集体的结构会根据状态有所改变。
举例来说，当水分子处于液态时，水分子之间会因为氢键而与其他水分子随意却紧密地连结。但如果是在结冰状态，那么水分子之间就会形成特定的堆积结构，形成更加稳固的晶体（冰）。目前科学家已经知道十几种“冰”的形态，就是因为水分子排列、堆积方式不同有关。
高压也会改变水分子
其实除了温度，水分子在施以高压的情况下，氢原子、氧原子也会跟着改组，形成其他晶体结构。目前科学家也已经知道十几种“冰”的不同形态。
▲ NASA 拍摄的海王星下半部。“超离子水”是在 1988 年第一次提出，直到现在才证实。（Source：NASA）
必须高压、高温才能满足条件
1988 年，科学家认为推测天王星和海王星高压、高温的环境，可能就是催生出“超离子水”的原因──一种氢以离子形态，自由移动于氧的晶体结构之间，形成了介于液体和固体之间的状态。
地球上看不到的型态
来自加州柏克莱大学地球和行星科学的教授让洛斯（Raymond Jeanloz）形容，这就像是“有一部分的水冰融化了”，而这种形态的水并不存在于地球。在 5 日，一份刊登于期刊《自然─物理学》的研究相信他们成功在地球上制造出了“超离子水”。
▲ 团队的实际实验过程，当时他们正以激光光照射“冰七”。（Source：LLNL）
在常温也会结冰的“冰七”
当时让洛斯博士和他的同事在劳伦斯利佛摩国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）透过两片钻石，以每平方英寸 36 万磅的压力加压水，让水因为高压形成在室温环境也能形成的固态冰“冰七”（ice VII），密度是水的 60 倍高，施加的压力则是一般人在地球感受到压力的 25,000 倍。
用激光光加压又加温
紧接着，该团队把冰块带到纽约罗彻斯特大学的实验室，照射高达摄氏数千度的激光光线，借此让冰块施加的压力提升到大气压力的 190 万倍。
它的密度很高 还会导电
研究者指出，他们观察到实验体的密度、温度有明显窜升，与此同时，里头的氢离子也出现导电情况，代表他们成功创造出既是固体也是液体的“超离子冰”。
▲ 2016 年 5 月，一名艺术家根据开普勒太空望远镜发现的星体，所绘制而成的太空图。（Source：NASA）
也许可以生成新物质
洛斯博士相信，科学家理论上知道分子会因温度和压力变化而改变物理性质，但只要科学家一一把这些假设透过实验化为现实，人们也可以开始思考生成新物质的可能性。
相信在天文学很重要
让洛斯博士也指出，这份研究对天文研究来说很重要，他说：“想要了解星球内部及演化过程，磁场是很重要的资讯。所以能够实际测试，甚至确实解释了天王星、海王星的怪异磁场，是很令人高兴的一件事。”
“另一方面，想到这两颗星球内有因为摄氏数千度高温而存在的‘超离子水’，真的很让人难以置信，但这就是实验出来的结果。”
接下来，该团队计划要针对水施以更高压的实验，并把这项技术应用在其他物质，像是在木星、土星很常见的氦气。
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（本文由 地球图辑队 授权转载；首图来源：Flickr/Scott Robinson CC BY 2.0）
