科学家发现“塑料冰VII”：颠覆认知的水分子新形态

BALI @ 2025.03.15 , 08:05 上午

新发现的“塑性冰VII”同时具备固体和液体特性，挑战现有分子模型，并可能改变我们对冰封星球内部结构的理解。

水不仅仅以固态、液态和气态存在。在极端温度和压力下，它还能形成多种奇异的相态。科学家长期以来推测，在极端环境中可能存在特殊形态的水。最近，研究人员利用中子散射技术，在实验中首次观测到了一种独特的水相态——“塑性冰VII”。这一发现不仅提供了关于水分子动态的新见解，还可能深刻影响行星科学。

“塑性冰VII”是科学家在15年前通过分子动力学模拟预测的一种混合相态。它兼具固体和液体的特性——分子排列成刚性晶格，但仍保持旋转运动。实验表明，它在450–600开尔文和0.1–6 GPa的极端条件下稳定存在。

研究团队使用准弹性中子散射技术(QENS)分析了不同状态下的分子运动，并识别出三种相态：

* 液态水：分子同时具有平移和旋转运动。
* 传统的冰VII：所有分子运动都被冻结。
* 塑性冰VII：分子失去平移运动，但仍保持旋转。

其中，“塑性冰VII”展现出一种意想不到的四重旋转机制，类似于跃迁转子塑性晶体。这一观察结果颠覆了原本的分子动力学预测，说明水的行为比我们之前设想的更加复杂。

研究还发现，普通的冰VII可以通过相变过渡到“塑性冰VII”。这可能是更高温、更高压下“超离子水”状态的前兆，即氢原子在氧原子晶格中自由扩散。这一过程对于理解类木行星、海洋卫星乃至系外行星的内部结构具有重要意义。

从应用角度看，这一发现或将改变我们对冰冻天体的认识。木星的卫星盖尼米德和卡利斯托可能蕴含这种奇异的冰相，它们的冰层流动性和内部构造可能因此需要重新评估。而在天王星和海王星等极端压力环境下，“塑性冰VII”可能影响行星内部的物质循环。此外，含水大气的系外行星也可能存在类似相态，这将有助于科学家预测它们的结构和气候。

尽管中子散射技术过去在行星科学领域应用较少，但本次研究表明，它能够有效解析行星冰层中的氢动态，并帮助实验模拟行星内部的极端环境。随着技术的进步，未来或许还能发现更多奇异的水相，甚至改变我们对高压物理和行星内部构造的理解。

本文译自 jagranjosh，由 BALI 编辑发布。

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