过去物理学家预言，当水承受极端压力和温度时，会转变成奇异的超离子态，可能大量存在于冰巨行星中，而这项预言于 2018 年首度被证实。现在，美国研究人员发现超离子冰新的微观结构，或许能进一步解谜冰巨行星的异常磁场之谜。
我们对“冰”这物质都很熟悉，但你知道根据水分子之间的排列方式，水冰还可以分出很多种类，每一种都具有不同的外观和性质，而美国物理学家珀西·布里奇曼（Percy Bridgman）是第一个发现冰于高压下至少有 6 种变态的科学家，其中一种即所谓的热冰，融点高达 200℃。
至今我们已知水的固体状态有 17 种不同晶体结构（根据压力与温度的不同产生变化），从冰 Ih、冰 II、冰 III 一直命名到冰 XVII（阿拉伯数字 17），而我们平常最熟悉的冰是“冰 Ih”。现在，美国劳伦斯利佛摩国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）科学家新发现冰的第 18 种结构，命名为“冰 XVIII”。
整体实验过程非常复杂，简单来说，研究人员将水封装在狭小空间内，接着使用 6 台巨大、高功率激光仪器产生一系列冲击波去“爆破”水分子，以大气压力 400 万倍的压力压缩水，使其冻结成固态冰，同时于短短几十亿分之一秒内将水加热到 1600～2700℃。
但由于这种极端压力、温度条件只能维持不到 1 秒钟，科学家不确定是否形成新的结晶相，为了记录并确定其原子结构，研究人员额外使用 16 道激光脉冲撞击一个微小铁箔，使其蒸发并电离成热等离子体后，以特定能量发射 X 射线，其中一些光子从内部晶体绕射，让研究人员得以确定新的冰晶相确实形成。
X 射线绕射图最终显示出一种前所未见的冰结构：氧原子占据在立方体结晶相的每个点、以及每个面的正中间，和此前 17 种结构都不同，因此团队建议将新结构命名为“冰 XVIII”。
这个实验将帮助我们更了解天王星、海王星和其他冰巨行星的内部结构，或许还有机会解释这些行星拥有异常磁场的谜团，比如天王星和海王星的地表下某处可能埋藏大量冰 XVIII，进而影响它们的磁场。
新论文发表在《自然》（Nature）期刊。
注：水、冰、水蒸气三者的不同点，在于水分子相互之间的排列方式。
- Giant lasers crystallize water with shockwaves, revealing the atomic structure of superionic ice
- New superionic ice phase could shed more light on icy giant cores
- Scientists Just Created a Bizarre Form of Ice That’s Half as Hot as The Sun
（首图来源：劳伦斯利佛摩国家实验室）
延伸阅读：
- 它介于液体和固体之间，美国学者制造出“超离子水”
