难以置信！科学家在实验室造出：温度超过2000摄氏度的新型冰

我们平时看见的冰，都是水分子冻成的规整晶体，密度比水小，能浮在水面上。

但这只是冰最普通的一面，只要压力和温度够极端，水能变出十几种完全不一样的冰，有的甚至同时具备固体和液体的特点。

而最近，法国CEA（原子能与替代能源委员会）领衔的研究团队，他们在实验室里模拟出冰巨星内部的极端环境，首次清晰观测并确认了一种全新结构的超离子冰：六边形堆叠（hcp）冰。

该研究于2026年9月9日发表在《物理评论快报》上。

超离子冰

早在三十多年前，理论物理学家就预言了这种状态：在几十万到上百万大气压、上千摄氏度的环境里，水分子的化学键会被压断，氧原子会老老实实固定在规则的晶格上，保持固体的骨架，但氢原子核却会挣脱束缚，像液体一样在氧原子的缝隙里自由穿梭、快速扩散。

这种状态同时拥有固体和液体的特性，导电能力接近金属，因此被称为超离子态。

此前科学家已经在实验中确认了面心立方（fcc）结构的超离子冰，也叫冰十八。

这种冰里的氧原子，就像每层错开半个球的乒乓球堆叠，每三层重复一次排列，是最紧密的堆积方式之一。

但理论计算始终显示，超离子冰不该只有这一种结构，它还应该有一种每两层重复一次的堆叠方式，也就是六边形堆叠（hcp）结构。

就像堆橙子，第一层摆好，第二层嵌在凹槽里，第三层对准第一层的位置往上堆，这就是hcp。

如果第三层对准第一层的另一种凹槽，就是面心立方（fcc）结构。

两者密度相近，但堆叠顺序不同，物理性质也会有差异。

之前的冲击压缩实验里，有人看到过模糊的混合信号，但始终没能清晰分辨出独立的hcp衍射峰，更没人系统研究过它的稳定范围和相变规律。

用钻石压出来的极端冰

这次的研究团队用了极端的实验条件：他们把一点点水样封在特殊的吸光材料里，用两颗钻石的尖顶紧紧挤压，最高压出了相当于220万个大气压的压力，差不多是地球核心压力的六成。

同时用激光从外面给样品加热，最高升到了两千三百多摄氏度，这刚好对应冰巨星内部冰层的温度压力环境。

最后用欧洲同步辐射装置的超细X射线束，它像高精度显微镜一样扫过样品，从而让研究团队看清里面原子的排列方式。

实验清楚拍到了两种冰结构转变的全过程。

在80万个大气压左右的压力下，研究人员先把冰加热到近1700摄氏度，得到了纯净的、三层堆叠的超离子冰。

然后慢慢降温，降到大概1100多摄氏度的时候，原本规整的堆叠开始错乱及错位；再往下降温，一组全新的信号出现了，这个信号正好对应两层循环的六边形堆叠结构。

不过在降温过程里，这种新结构只是个中间过客，最终还是会变回更低温下的稳定冰相。

可要是温度和压力再往上升，进入超离子状态后，这种新结构的稳定性就越来越强了：压力到150多万个大气压、一千七百摄氏度左右，两种结构的冰还各占一半；等压力升到接近220万个大气压、温度到两千三百多度时，旧的结构几乎消失，六边形堆叠的新冰占了绝对主导。

简单说：在又热又压的超离子状态下，压力越高，六边形堆叠的冰就越稳定。

而且这种新冰还有个很特别的性质：加热的时候，它几乎只沿着堆叠的方向膨胀，垂直方向几乎不变。

这也说明，冰里的氢原子主要是顺着堆叠方向乱跑，导电能力应该也会顺着方向变，各个方向不一样。

可能改写冰巨星模型

这个发现首先弥补了水的极端状态相图的一块空白。

之前大家都以为高温超离子冰只有一种结构（冰十八），现在看来高压下其实还有另一种更稳定的结构。

研究人员回头看之前的老实验数据，发现其实早在130万个大气压的条件下就见过这个可疑的信号，只是当时没认出来，现在终于对上了。

这次研究更重要的是对行星科学的影响。

天王星和海王星这两颗冰巨星，内部一大半都是水、氨、甲烷这些冰物质，在行星深处的高温高压下，它们几乎都成了超离子态。

之前建模的时候，科学家都默认里面的超离子冰是三层堆叠的那种，导电性也是按这个计算。

可如果行星更深的地方其实是这种六边形堆叠的超离子冰，那它的导电、粘稠程度都会和之前想的不一样。

这种各方向不一样的导电性，说不定就能解释为什么天王星、海王星的磁场歪歪扭扭、没有规整的两极，还偏离行星中心。

当然这还只是推测，需要更多的研究验证。

现在我们对这种新冰的了解还很少，比如它到底有多硬、导电能力具体是多少、不同方向差多少，都还得继续研究，未来还需要更多实验，从而摸清两种结构的冰到底在什么温度压力下切换。

总之呢，水真的是种特别神奇的分子。

我们天天看见的液态水和普通冰，只是它无数形态里最普通的两种。