北京
当你把温度和压力调高时，冰会变得非常离谱。
2018年，科学家证实了超离子冰的存在——这是水的一种奇特相态，部分像固体、部分像液体，被困在立方晶格中，而氢原子自由飞行。科学家认为这种冰存在于天王星和海王星深处。于是，他们试图在地球上重现这种冰。接下来便是奇异的物理现象。
不用说，冰巨星深处的条件极端得不能再极端。为了模拟这种环境，物理学家利用同步辐射X射线，将温度提高到最高4274华氏度（2357摄氏度），压力提高到地球海平面大气压的两百万倍，并在最近发表于《物理评论快报》的一项研究中报告了结果。根据随附的“概要”专栏，他们最终得到的是一种“理论研究中反复预测过”的超离子冰形态。
研究团队在论文中写道：“过去一个世纪里，探索压力下水冰的相图，持续推动着前沿实验的发展。”该团队包括法国巴黎-萨克雷大学的物理学家亚历克西斯·福雷斯蒂耶。
冰，但很花哨
截至目前，科学家共发现22种冰，最新的一种是2025年的冰XXI。（这个数字包括冰Ih，也就是你冰咖啡里的冰块和山顶积雪的那种冰。）简单来说，压力和温度的变化会迫使水形成不同的晶体形态，而其中大多数只在实验室环境中被制造和观察到。
通过制造这些冰形态，科学家随后可以利用观测结果来推算其他地方冰的性质——也就是太阳系内外遥远宇宙天体中的冰。针对这项特定实验，团队探索了关于冰X的预测。论文称，先前的研究认为，冰X会进入一种超离子态，“在温度上扩展了冰的稳定范围，使这一状态与冰巨星行星内部直接相关”。
字面意义上的超级冰
再说一次，这些特殊类型的冰只存在于极端条件下。团队将超纯水注入一个由金刚石制成的压腔，一边挤压金刚石压腔，一边用X射线激光轰击它。在两轮实验中，研究人员密切追踪水晶体分子排列的微小变化。在约2780华氏度（1526摄氏度）和200吉帕斯卡以上，晶体开始表现出理论工作所预测的超离子行为。
怪异之处就在这里。随着对压腔施加越来越大的压力和热量，冰晶从一种构型跳到另一种构型，最终与先前关于超离子冰的理论很好地吻合。
根据论文，这一过程类似于压缩惰性气体的行为，而所得晶体具有六方密堆积几何结构。在这种构型中，晶格由氧原子构成，而氢原子则在分子间自由移动。
话虽如此，要无可辩驳地证明海王星或天王星中的冰就是这样，可能需要数十年的科学进步——甚至更久。团队在论文中承认了这一点，并邀请未来对超离子冰的塑性和导电性开展理论研究。他们补充说，至少这些见解将指导我们建立冰质宇宙天体如何运作的模型。
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