巨型冰行星产生磁场的原因与一层“热的”导电冰有关吗？

　　一层“热的”导电冰可能是产生天王星和海王星等冰巨行星磁场的原因。卡内基大学和芝加哥大学高级辐射源中心的新工作揭示了两种超离子冰形成的条件。

　　水分子由两个氢原子和一个氧原子组成——H2O。随着水存在条件的改变，这些分子的组织和性质会受到影响。我们可以在日常生活中看到这一点，当液态水被煮沸成蒸汽或冻结成冰。

　　您可能会在冬天的饮水杯中或车道上找到构成普通冰的分子，它们排列在晶格中，由氢原子和氧原子之间的氢键连接在一起。氢键用途广泛。这意味着冰可以存在于不同结构的惊人多样性中——至少有 18 种已知形式——这些结构出现在越来越极端的环境条件下。

　　特别令人感兴趣的是所谓的超离子冰，它在非常高的压力和温度下形成，其中传统的水分子键发生了变化，使氢分子在氧晶格中自由漂浮。这种流动性使冰能够像金属材料一样导电。

　　对实验室中产生的高温超离子冰的观察导致了相互矛盾的结果，并且对于新特性出现的确切条件存在很大分歧。

　　卡耐基大学的亚历山大·冈查罗夫解释说:“因此，我们的研究团队由芝加哥大学的维塔利·普拉卡彭卡领导，开始使用多种光谱工具来绘制冰的结构和性质在高达150万倍正常大气压和约11200华氏度的条件下的变化。”

　　通过这样做，科学家们——还包括前卡内基的 Nicholas Holtgrewe，现在在圣路易斯的食品和药物管理局，以及前卡内基的 Sergey Lobanov，现在在 GFZ 德国地球科学研究中心——能够查明出现两种形式的超离子冰，其中一种可以在冰巨行星天王星和海王星的内部找到。

　　“为了在非常极端的条件下探测这种独特物质状态的结构——由激光加热，并被压缩在两颗钻石之间——我们使用了高级光子源(Advanced Photon Source)的明亮高能同步辐射x射线束，该射线束聚焦到大约3微米，比一根人的头发还小30倍，”普拉卡彭卡在解释使用该设施的GSECARS束线所做的工作时说。“这些实验极具挑战性，我们不得不在十年内运行几千个实验，以获得足够的高质量数据，从而解开长期以来的谜团，即在与巨型行星内部相关的条件下，冰的高压、高温行为。”

　　“模拟表明，这两颗行星的磁场是在相对较浅的深度发现的薄流体层中产生的。”冈察洛夫补充道。“超离子冰的导电性将能够完成这种类型的场产生，我们揭示的两种结构之一可能存在于这些磁场产生区中发现的条件下。”

　　需要进一步的研究来了解这些冰相在冰巨内部条件下的导电特性和粘度。