它是固态和液态的，比普通的水冰密度高60倍，温度几乎和太阳表面一样热。这是超离子冰——科学家们第一次在实验室中制造。这种高压水冰一直被认为存在于天王星和海王星的内部，但到目前为止，它的存在只是理论上。加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的物理学家Marius Millot在实验室发表的一份声明中说：我们的研究为超离子冰提供了实验证据，表明这些预测不是由于模拟中的人工产物，而是在这些条件下捕捉到了水的异常行为（Millot是一项描述这项工作的新研究的领导者）。
激光驱动，高压实验的时间集成图像，产生超离子冰。图片：M. Millot/E. Kowaluk/J.Wickboldt/LLNL/LLE/NIF
科学家们首先预测了一种奇怪的水相存在，这种水相使这种物质在30年前同时具有固态和液态。它也比普通的水冰更密集，因为它只在极热和压力下形成，如在巨大行星内部发现的。在超离子阶段，水分子中的氢和氧的行为异常;氢离子像液体一样移动，在一个固态的氧晶格内。使冰变得复杂。首先研究小组将水压缩成一种超强的立方晶冰，它的晶体形态与普通冰块不同。为了做到这一点，研究人员使用了钻石砧细胞，每平方英寸应用了36万磅(约2.5亿吨)的压力;这大约是地球大气压力的25000倍。接下来研究人员使用激光驱动的电击，进一步加热和压缩细胞。每一个水晶冰结构接收到高达六束激光的超过100倍的高压。
因为预先压缩了水中的水，所以比用激波压缩的环境液态水更少的电击。这种新方法让研究人员“在高压下进入比以往的冲击波压缩研究更冷的状态”。一旦超离子冰准备好了，团队就迅速地分析其光学和热力学性质。他们只有10到20纳秒的时间来完成这项工作，在压力波释放压力之前，水就溶解了。结果很奇怪。他们发现冰的融化速度达到了惊人的840华氏度(4725摄氏度)，每平方英寸(200 GPa)的压力达到了2900万磅。这种压力大约是地球大气压力的200万倍。加州大学伯克利分校的研究和行星物理学家Raymond Jeanloz在同一份声明中说：在这些行星中，冰冻的水冰存在数千度，这是令人难以置信的，但这就是实验的结果。
这项新发现可以让我们窥见天王星和海王星等行星内部的情况。行星科学家认为，这些世界的内部结构由多达65%的水组成，加上一些氨和甲烷。此前的研究表明，这些行星将有“完全流体”的传热内饰，但超离子冰的加入改变了这一图景。研究人员在声明中说，这项新的研究提出了“一层相对较薄的流体和一层超离子冰的地幔”。这张迷你巨行星内部的图片将证实十年前进行的计算机模拟，试图解释天王星和海王星的奇怪磁场。天王星的磁场与地球的轴线倾斜了59度。海王星的磁极有大约47度倾斜。这与地球仅有11度的倾斜相比是极端的。
计算机模拟显示氢原子像液体一样在超离子冰的固体晶格中流动。图片：S. Hamel/M. Millot/J.Wickboldt/LLNL/NIF
它们的磁场也可能有不同的表现，例如天王星的能量场可以像频闪仪一样开启和关闭。对这些行星的更详细的研究将不得不等到宇宙飞船可用。幸运的是美国宇航局正在提议一个天王星和/或海王星航天器，在未来几十年的某个时间将缩小到这些行星。与此同时，实验者计划进一步压缩他们的压缩，以模拟更大的行星(如木星或土星)内部的情况。一项基于这项研究的研究发表在二月份的《自然物理》杂志上。
博科园-科学科普｜文：Elizabeth Howell/Live Science
