科學家通過實驗證明:「冰十八」可在極端環境下形成

2020-11-25 cnBeta

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）。在小說裡，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」。

（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。

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。

報導稱，LLNL 團隊使用了六套巨大的雷射束來產生極端強度的衝擊波，將微量的水「速凍」（flash-freeze）起來。

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。

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，冰存在著許多不同的構型。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。

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》

相關焦點

  • 水在2000℃高溫下竟可以結冰?科學家發現水的第20種形態:冰十八
    實際上我們之所以擁有這個常識，是因為我們生活在標準大氣壓的環境下。如果氣壓改變，水的一些性質就會發生變化，就像是高原上氣壓低沸點可能只有八九十度。 顯然，單靠地球的能力我們可能永遠無法觀測到自然狀態下的冰十八，因此，科學家打算擼起袖子自己幹。 在2019年5月8日，一篇發表自《自然》雜誌的文章指出，來自美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的科學家們成功在高能雷射和X射線的幫助下製造出了冰十八。
  • 水在2000多度高溫下竟能結成冰?科學家造出神秘超級冰!
    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。
  • 水在2000多度高溫下竟能結冰?科學家造出神秘超級冰:冰十八!
    構成我們身體的物質絕大部分是水，在地球上雕琢地形，塑造生命環境的是水，嗯，或者也可以說，還有它的另外兩種相態，水蒸氣和冰，也參與了46億年轟轟烈烈，滄海桑田的地球改造過程。事實上水0度成冰和100度蒸發，都是在一個標準大氣壓的理想狀態下實現的，如果對水施加不同的壓力，當然就可以在不同的溫度下相變成另一種狀態。科學家們在1988年就預測了超級冰的存在，並於去年首次在來自地球深處的鑽石中，觀測到了超級冰冰七（冰VII）存在的證據（地球深處發現神秘超級冰）。
  • 這種水能在2000℃的高溫下結冰?科學家稱這為「冰十八」
    大家早就已經知道水可以結冰，也可以變成氣態，但大家是否知道，水在高溫狀態下，有的時候還真的未必就會變成氣態，也可以結冰的。在之前，就已經有科學家做過實驗了，證明水還真的可以變成另一種固態，被稱作為超級冰。有美國科學家做了一件很難讓人相信的事情，那就是他竟然可以在2000度的環境下，讓水結冰。
  • 冰不僅僅在0℃以下形成,在2000℃的高溫下也可以結冰
    在標準大氣壓下，當水的溫度達到100℃ 的時候，就會沸騰，這時候水就會變成氣態的水蒸氣；當水的溫度是處於0℃至100℃之間的時候，水就是液體的狀態；當水處於0℃以下的時候，水就會轉變成為固態，也就是我們常說的冰。
  • 水在2000攝氏度高溫下會結冰,科學家由此揭開了天王星磁場之謎
    液態鐵含有很多帶電粒子，帶電粒子會在壓力作用下向壓力較低的地幔運動。運動的液態鐵導電流自然而然形成了一個永久性的磁場，由此產生了穩定性的南磁極、北磁極。按照慣性思維，宇宙中的其他星球應該也和地球一樣，擁有南北兩個磁極。但事實卻並非如此，僅僅是在八大行星之中，就有天王星和海王星兩個例外。
  • 天王星和海王星上的神秘「超離子水冰」,科學家終於成功掌握
    據說它存在於天王星和海王星這些行星的內部，但直到今天都沒有人能夠在實驗中證明它的存在。新研究中，科學家通過一種高壓冰和一系列強大的雷射脈衝製造出超離子水。這種組合提供了地球上自然界中沒有的溫度和壓力條件，讓我們第一次真正地看到了這種神秘的水。
  • 科學家通過改造極端環境生存的細菌實現發電
    科學家通過改造極端環境生存的細菌實現發電2017-02-10 12:12出處/作者：其他整合編輯：Alan責任編輯：leijunhua 【PConline 資訊】據一份新研究報告稱，通過改造細菌利用其細胞膜中某些特殊的蛋白質發電，不過發電條件必須在極端環境下進行，但為了突破該限制，科學家通過對改造細菌注入一種經過改造過的分子來達到該極端環境，並且該項研究刊登在《Chem》期刊。。。
  • 科學家在南極冰川下發現一個巨大空洞,可容納近140億噸冰
    如今的南極已經不復過去的寒冷，不少地方的冰川都開始融化，而南極冰川的融化對於地球的生存環境，對於人類的生存來說可不是一個好消息，因此，近幾十年來，很多國家都在南極建立了考察站，對南極的冰川進行研究，找到能夠解決冰川融化的難題。
  • 水被證實能在2000度高溫下凝固,科學家實驗室中造出超級冰:冰18
    水在地球自然條件下有三種狀態，常溫液態，零下固態，100度也可以變成氣態，但大家是否知道，水在高溫狀態下，有的時候還真的未必就會變成氣態，也可以結冰的。在之前，就已經有科學家做過實驗了，證明水還真的可以變成另一種固態，被稱作為超級冰——冰18。
  • 細菌在太空環境的存活實驗也許能證明
    但前提是，它們必須形成一團厚厚的、凝結的團塊物。耐輻射球菌是一種極端微生物，能夠在冰凍的低溫、電離輻射、紫外線和脫水中存活。正如發表在《微生物學前沿》上的這項新研究表明，這種細菌也能在惡劣的外層空間條件下生存下來。在國際空間站外的一個面板上呆了三年之後，乾燥的異常球菌（又稱耐輻射球菌）樣本居然又復活了。經過科學家仔細觀察發現，倖存下來的細菌之前形成了一個厚厚的團塊，或者說是一個聚集體。
  • 科學家發現水的新形態,原來2000度的高溫下,還能結成冰!
    科學家發現水的新形態，原來2000度的高溫下，還能結成冰！水是生命之源，我們深知水的重要性，地球上的生物都離不開水。人人都知道，水有三種形態，在常溫下是一種液態水，如果溫度低於零下攝氏度，又會變成固態冰，當溫度達到100攝氏度時，又會變成水蒸汽，隨著溫度的變化而發生變化。
  • 首次證明太空中的塵埃顆粒與冰混合一起
    耶拿（Jena）弗裡德裡希·席勒大學（Friedrich Schiller University）和馬克斯·普朗克（Max Planck）天文學研究所的一個研究小組現已證明，星際塵埃顆粒和冰是混合一起的。星系中恆星之間的物質（稱為星際介質）不僅包含氣體，還包含大量塵埃。恆星和行星就起源於這種環境，因為塵埃顆粒可能會聚在一起並融合為天體。
  • 日本科學家稱特定條件可使水冰似棉花糖一般蓬鬆
    原標題：日本科學家稱特定條件可使水冰似棉花糖一般蓬鬆 　　新華社北京９月１１日電　日本科學家最近發表論文說，在負壓和超低溫條件下，水冰可能會像棉花糖一樣，以蓬鬆輕盈的形式穩定存在，這類前所未知的「氣凝膠冰」是已知密度最低的冰。
  • 南極嗜冷綠藻基因組水平適應極端環境的分子機制被揭示
    近年來關於生物適應南極極端環境的基因組研究主要側重於南極硅藻、南極鱗蝦和南極魚等，目前尚未報導關於南極嗜冷綠藻基因組適應性進化的研究。該研究關注的南極衣藻是一種典型的嗜冷綠藻，它生活在南極海冰中，經歷了季節性的海冰凍融循環，在海冰形成時被困於海冰或海冰「鹽囊」中，需要承受極端低溫，劇烈的鹽度改變和光照波動等環境脅迫。
  • 科學家:2000的高溫能結成超級冰
    常溫下的水是液態水，也是我們經常見到或者喝到的水；零度以下水就會結成冰，也就是水的固態了；100度的水就能變成水蒸氣，也就是水的氣態了。100度以上水到底會變成什麼，沒有人去想過，也沒有人去實驗過，但是今天有人居然告訴我2000度的高溫產生了超級冰，太不可思議了，超級冰真的存在嗎？
  • 水的奇妙相變,高溫冰如何形成,「冰七」會成為末日武器嗎?
    因此嚴格意義上來說，這種冰不能夠真正的算作是冰，就是水在不同環境條件下發現的一個特殊性質而已，並不像題主說的那樣大驚小怪，有什麼眼鏡可跌的。水在不同條件下，尤其不同壓強下相變多端。比如在大氣壓強小於101.325kPa，也就是通常說的1個大氣壓時，水的沸點會不斷降低，冰點雖然變化不大，但在沸點降低的前提下，結冰的機制和難度也加大了。
  • 水的神奇極端狀態:超離子態和量子態,水冰是存在的
    科學家將其命名為「超離子水」。美國加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory）的物理學家描述，這是非常奇怪的一種狀態。科學家在《自然——物理學分刊》中報告，目前未在地球上發現這種特殊狀態的水。它可能存在於極端條件下，如海王星和天王星這樣的冰凍行星的深層。
  • 在極端環境下生存的生物
    在極端環境下生存的生物世界上很多極端環境，對人而言遠遠達不到生存的標準，但世界上同那存在很多生物可以在極端環境下生存。下面讓我們細數這些生命適應力極強的生物。跳蛛站在世界屋脊的肩上，誰能說它個小？喜馬拉雅跳蛛顧名思義，蛛是生活在喜馬拉雅山上的蜘蛛。它們和一般跳蛛一樣，體長多數不超過15毫米。但是，這種渺小的生物永久的生活在了海拔6700米的喜馬拉雅山上。
  • 義大利科學家發現一種新結構冰——冰17
    義大利教育、大學和科研部發布消息稱，義大利國家研究委員會複雜系統研究所的科學家們近日發現了一種外表像雪花，但具有不同結構的冰——冰17。       冰17可以在高壓氫的環境下製備，並在常壓和低溫（<120K）下保持穩定。冰17具有很大的孔隙率，可以在低壓下反覆吸附和解析氣體，並保持結構穩定。科學家希望將冰17用於儲氫，使其在新能源領域發揮作用。此外，實驗證明，冰17還可以用於吸附氮氣等氣體，在工業領域具有氣體分離等的用途。