“可塑冰”：科學家創造出可能塑造外星海洋的奇異宇宙冰

我們都知道水有冰、液態水和水蒸氣這幾種形態。但準備好大吃一驚吧——還有其他更爲奇特的形態存在。在高溫和高壓下，這種奇特的水形態可能會自然出現在太陽系其他行星和衛星上。

科學家們首次觀測到了其中一種奇特形態：可塑冰VII（一種特殊的冰形態）。

“可塑形態是混合態，融合了固體和液體的特性。在可塑冰中，水分子像在冰VII中一樣形成剛性立方晶格，但會表現出微微秒的旋轉運動（1皮秒等於一萬億分之一秒），讓人聯想到液態水，”法國國家科學研究中心（CNRS）的研究主任利維亞·埃萊奧諾拉·博韋，英文名爲Livia Eleonora Bove解釋說。

博韋還是意大利羅馬第一大學（La Sapienza University）的副教授以及瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL - École Polytechnique Fédérale de Lausanne）的副研究員。

15年前，科學家們利用計算機模擬預測，在極端條件下可能會形成七號塑料冰。

這一驚人的發現得益於法國勞厄 - 朗之萬所（ILL）的尖端技術。研究人員使用先進的中子光譜儀和專門設備重現了形成七號塑料冰所需的高溫和高壓極端條件。

此外，準彈性中子散射（QENS）使科學家能夠探測這種特殊相態裡水分子的結構和動力學情況。

這引發了對這種獨特水相——塑性冰VII的“首次實驗觀測”。

對中子散射數據的分析表明，塑性冰VII中分子的運動比之前計算機模擬所預測的更爲複雜。

羅馬智慧大學博士生、第一作者瑪麗亞·雷西格諾（Maria Rescigno）說：“準彈性中子散射（QENS）測量表明，塑性冰VII的分子旋轉機制與最初預期的自由轉子行爲不同。”

進一步的計算機模擬，結合一種名爲馬爾可夫鏈分析的統計方法，讓人們更精確地瞭解了水分子在塑料冰VII（這是一種特殊命名的冰的形態）中的行爲方式。模擬顯示，這些分子並非自由旋轉，而是傾向於按照一種特定的四重模式旋轉。

科學家們也在研究普通冰VII和塑料冰VII（這是一種特殊命名的冰的形態）之間的轉變。瞭解這種轉變可能爲另一種難以捉摸的奇異相——超離子水提供線索。

“根據所使用的模擬方法，這種轉變預計要麼是一級轉變，要麼是連續轉變，”博韋在新聞稿（no - opener noreferrer是一種網頁鏈接的屬性）中解釋道。

研究人員進一步解釋說：“這種連續轉變的情況非常有趣，因爲它暗示着，塑晶相可能是難以捉摸的超離子相的先驅——超離子相是水在更高溫度和壓力下預測會出現的另一種混合奇異相，在這種相中，氫可以在氧晶體結構中自由擴散。”

這些奇特的水形態，如塑晶冰和超離子冰，可能是理解我們太陽系中一些冰質天體（如衛星（木衛三與木衛四）和行星（天王星和海王星））的關鍵。

這些冰質天體內部的極高溫和高壓可能會使水的奇特形態形成，並可能組成它們內部的大部分區域。

通過了解這些奇特的狀態，專家們能夠對它們的形成、演化以及塑造它們的獨特過程獲得極爲寶貴的認識。

研究結果剛剛發表在《自然》雜誌上。