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科学家通过实验证明:“冰十八”可在极端环境下形成

北极蚊子 2019-5-10 17:15

在科特·范尼加特(Kurt Vonnegut)的经典科幻小说《猫的摇篮》(Cat's Cradle)中,主角意外接触到了一种独特形态的水,它就是在室温下呈现固态的“冰九”(ice-nine)。在小说里,作者声称任何与冰九接触的液态水,都会立即被冻结,最终导致世界上所有的海洋都变成了冰面。令人震惊的是,加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们,竟然打造出了与小说中描绘得同样狂野的“超级冰”。

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(图自:Marius Millot / Federica Coppari / Sebastien Hamel / Liam Krauss)

研究人员称之为“冰十八”(XVIII),不过它只是一种极端形态的冰,无法像虚构的冰九那样冻结整个世界,因为冰十八必须在极其炎热的温度(约 5000℉ / 2760℃)和极端大气压(400 万倍)的情况下存在。

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研究配图 - 1:实验理念 / 未按比例缩放(来自:LLNL,via Cnet)

显然,水(H2O)一种性质相当奇特、分子结构令人难以置信的神奇物质。在 5 月 8 日出版的《自然》(Nature期刊上,研究人员详细介绍了冰十八的打造方法。

报道称,LLNL 团队使用了六套巨大的激光束来产生极端强度的冲击波,将微量的水“速冻”(flash-freeze)起来。

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研究配图 - 2:利用一维拉格朗日辐射流体动力学,模拟确定反射压缩路径。

论文主要作者 Marius Milot 在一份新闻稿中称:

我们设计的实验目标是将水压缩冻结称固态的冰,但不确定在保持此等压力和温度的条件下,冰晶是否真的能够在几十亿分之一秒的时间内形成。

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研究配图 - 3:X-射线衍射的数据与结果

根据构成水分子的氢氧原子的不同排列,冰存在着许多不同的构型。此前,该团队已通过计算机模拟证明这种冰这一存在,但现在他们首次在地球上制成冰十八、并记录了它的影像。

Marius Milot 补充道 —— 计算机模拟为超离子冰提出了许多不同的潜在冰晶结构,而我们的研究为其提供了一项关键的试验。

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研究配图 - 4:水相图(Phase diagram of H2O)

一些研究人员相信,这种形态的冰可能在整个宇宙中广泛存在,比如被锁定在海王星和天王星等冰冷的行星中。

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