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激光驱动的高压实验产生超离子冰的时间集成图像。

它既是固体又是液体，比普通的水冰密度高60倍，而且形成的温度几乎与太阳表面一样高。

这是超级离子冰 - 科学家们第一次在实验室中做出了这一点。

长久以来，这种高压水冰形式一直被认为存在于天王星和海王星的内部。但直到现在，它的存在只是理论上的。“我们的工作为超离子冰提供了实验证据，并表明这些预测不是由于模拟中的人为因素造成的，而是实际上捕捉到了水在这些条件下的非凡行为。”加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家Marius Millot说：在实验室发表声明。Millot是一项描述这项工作的新研究的主要作者。

科学家们首先预测了30年前同时存在的一种奇怪的水相，它使物质既是固体又是液体。它的密度比普通的水冰还要密，因为它只在极端的热量和压力下形成，比如在巨大的行星内部。在超离子阶段，水分子中的氢和氧表现得异乎寻常; 氢离子像液体一样在氧的固体晶格内移动。[ 令人惊奇的水怪物理学 ]

制冰是复杂的。首先，团队将水压缩成一种超强立方结晶冰，其形状与普通冰块中所见不同。为此，研究人员使用钻石砧座单元来施加每平方英寸360,000磅（2.5千兆帕（GPa）的压力;这是地球上大气压的25,000倍）。接下来，研究人员使用激光驱动的冲击加热并压缩细胞甚至更多。每个水晶冰结构最多可以接收到超过100倍高压的六个激光束。

Millot说：“由于我们预先压缩了水，所以冲击加热比冲击压缩的周围液态水少。” 新方法让研究人员“在高压下获得比以前的冲击压缩研究更冷的状态。”

一旦超级离子冰准备就绪，团队就迅速分析其光学和热力学特性。他们只有10到20纳秒来完成这项工作，在压力波释放压缩之前，水溶解了。结果是奇怪的。他们发现冰块以每平方英寸2900万磅（200GPa）的压力在非凡的8,540华氏度（4,725摄氏度）下融化。这个压力大约是地球上大气压力的200万倍。

“这是令人难以置信的，即在这些行星内部存在几千度的冰冻水冰，但这正是实验所表明的，”加州大学伯克利分校的研究和行星物理学家的合着者雷蒙德·让洛兹说道，在同一声明中。

这些新发现可以提供对天王星和海王星等行星内部的窥视。行星科学家认为这些世界的内脏由高达65％的水组成，加上一些氨和甲烷。以前的工作表明这些行星具有“完全流体”的传热内部，但是加入超离子冰可以改变图像。研究人员在声明中称，这项新研究改为提出“相对较薄的一层流体和超离子冰的大型”地幔“。

这张迷你巨型行星内饰的图片将证实十年前进行的计算机模拟，试图解释天王星和海王星的奇怪磁场。天王星的磁场距行星轴线倾斜59度。海王星的磁极有大约47度的倾斜。与只有11度倾斜的地球相比，这是极端的。他们的磁场也可能有不同的表现; 例如，天王星的场可以像闪光灯一样打开和关闭。

对这些行星进行更详细的研究必须等到宇宙飞船出现。幸运的是，美国航空航天局正在提出一个天王星和/或海王星航天器，在未来几十年的某个时候可以缩小这些行星。同时，实验者计划进一步推动他们的压缩，以模拟更大的巨型行星内部的情况，如木星或土星。

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