一種新的理論方法為冰巨星天王星和海王星的內部建模鋪平了道路，這要歸功於它們中所含水的計算機模擬。該工具由義大利的裡雅斯特（Trieste）的SISSA科學家和加利福尼亞大學洛杉磯分校的科學家開發，最近在《自然通訊》上發表。該工具使人們能夠分析在通常無法通過實驗再現的物理條件下發生的熱和電過程，這是一種非常容易並且低成本的方法。
圖註：在這項研究中，學者們分析了極端溫度和壓力條件下水和水的電傳導和熱傳導，例如在巨型冰行星內部以及在其外部的許多系外行星中發生的傳導。實際上，調查在其表面下發生的現象是了解這些天體的演化，確定其年齡並闡明其幾何形狀和磁場演化的關鍵。
在這項研究中，學者們分析了極端溫度和壓力條件下水和水的電傳導和熱傳導，例如在巨型冰行星內以及許多系外行星中發生的電和水的傳導。實際上，調查在其表面下發生的現象是了解這些天體的演化、確定其年齡並闡明其幾何形狀和磁場演化的關鍵。
微觀尺度可以講述數十億年的故事
」氫和氧與氦是宇宙中最常見的元素。很容易推斷出水是許多天體的主要成分之一。木衛三和歐羅巴是木星的衛星，土衛二是土星的衛星，這些衛星其主要成分之一可能是水。 「 第一作者費德裡科·格拉塞利和斯特凡諾·巴羅尼解釋說，「海王星和天王星也可能主要由水組成。」
學者們說：「我們對行星內部的了解是基於行星表面和磁場的特徵，它們本身受其內部結構的物理特性的影響，例如能量、質量和電荷在行星內部的傳輸。因此，我們開發了一種理論和計算方法，計算水的熱和電導率，在這類天體發生的階段和條件下，從對數百個原子的微觀動力學進行尖端模擬，並結合電子的量子性質，而無需任何進一步的近似。通過模擬原子尺度的一納秒，我們能夠了解數十億年時間尺度上超大質量所發生的事情。」
冰、液體或超離子：完全不同的水
學者們在這些行星內層的典型極端溫度和壓力條件下，分析了水的三個不同階段：冰、液體和超離子。格拉塞利和巴羅尼解釋解釋說：「在如此奇特的物理條件下，我們無法像過去那樣想到冰。在極端條件下，水實際上也與通常情況下不同，更稠密，有部分水分子分解成正離子和負離子，從而帶有電荷。超離子水位於在液相和固相之間的某個位置：H2O分子的氧原子以晶格組織，而氫原子像在帶電流體中一樣自由擴散。」對這三種不同形式的水產生的熱和電流進行研究對於揭示許多未解決的問題至關重要。
熱電運輸了解過去和現在
兩位科學家還指出：「內部電流是行星磁場的基礎。如果我們了解前者如何流動，就可以對後者有更多了解。」不僅如此，「熱和電傳輸係數決定了行星的歷史，如何形成，何時形成，如何冷卻。因此，使用適當的工具（如我們開發的工具）分析它們至關重要。特別是，我們研究中產生的熱傳導特性讓我們假設，凍結核心的存在可以解釋天王星異常低光度原因，因為天王星內部向表面的熱通量極低。」
此外，超離子相的電導率遠大於天王星和海王星中以前的磁場產生模型所假定的電導率。由於人們認為超離子水在對流流體區下方的磁場緻密而緩慢的行星層中佔主導地位，因此，這一新證據可能對研究兩個行星的幾何形狀和磁場演化產生重大影響。