科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

在科特·范尼加特(Kurt Vonnegut)的經典科幻小說《貓的搖籃》(Cat’s Cradle)中,主角意外接觸到了一種獨特形態的水,它就是在室溫下呈現固態的「冰九」(ice-nine)。在小說里,作者聲稱任何與冰九接觸的液態水,都會立即被凍結,最終導致世界上所有的海洋都變成了冰面。令人震驚的是,加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家們,竟然打造出了與小說中描繪得同樣狂野的「超級冰」。

科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

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

研究人員稱之為「冰十八」(XVIII),不過它只是一種極端形態的冰,無法像虛構的冰九那樣凍結整個世界,因為冰十八必須在極其炎熱的溫度(約 5000℉ / 2760℃)和極端大氣壓(400 萬倍)的情況下存在。

科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

研究配圖 – 1:實驗理念 / 未按比例縮放(來自:LLNL,via Cnet

顯然,水(H2O)一種性質相當奇特、分子結構令人難以置信的神奇物質。在 5 月 8 日出版的《自然》(Nature)期刊上,研究人員詳細介紹了冰十八的打造方法。

報道稱,LLNL 團隊使用了六套巨大的激光束來產生極端強度的沖擊波,將微量的水「速凍」(flash-freeze)起來。

科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

研究配圖 – 2:利用一維拉格朗日輻射流體動力學,模擬確定反射壓縮路徑。

論文主要作者 Marius Milot 在一份新聞稿中稱:

我們設計的實驗目標是將水壓縮凍結稱固態的冰,但不確定在保持此等壓力和溫度的條件下,冰晶是否真的能夠在幾十億分之一秒的時間內形成。

科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

研究配圖 – 3:X-射線衍射的數據與結果

根據構成水分子的氫氧原子的不同排列,冰存在着許多不同的構型。此前,該團隊已通過計算機模擬證明這種冰這一存在,但現在他們首次在地球上製成冰十八、並記錄了它的影像。

Marius Milot 補充道 —— 計算機模擬為超離子冰提出了許多不同的潛在冰晶結構,而我們的研究為其提供了一項關鍵的試驗。

科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

研究配圖 – 4:水相圖(Phase diagram of H2O)

一些研究人員相信,這種形態的冰可能在整個宇宙中廣泛存在,比如被鎖定在海王星和天王星等冰冷的行星中。論文原標題為:

《Nanosecond X-ray diffraction of shock-compressed superionic water ice》

來源:cnBeta