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水在2000℃高溫下可以結冰?水其實還有第20種形態:冰十八

水是生命之源, 萬物之母, 它的存在形式既可以是固態也可以是氣態、液態, 人們生活中常見的固態水——冰, 就是水達到凝固點結成的。

冰溜

讓人難以置信的是, 水在2000℃的高溫下竟然可以結冰, 水其實還有第20種形態:冰十八。

冰十八與普通水

顧名思義, 冰十八就是冰的第十八種形態, 在人類所發現的形態當中, 水的存在形式大體上可以分為五種。

前三種廣泛分布在大自然界, 固態就是能夠保持水形態特征的存在, 其表現形式主要是冰、雪、冰雹。

地球上的淡水資源絕對部分就是以固態的形式存在, 它們分別在南北兩極, 形成巨大的冰川。

如今冰川占比量也越來越小了

對于太陽系當中的其他行星也是如此, 比如火星上的水源同樣是固態形式, 有的深藏在地下, 有的則是在維度高于60°的極地地區。

液態是水物質可以進行流動, 變形, 壓縮的存在, 包括人們們生活中的水源、雨等等。

自然界中的水在循環 不會變少

值得一提的是霧氣算是液態水的形式, 它雖然看上去像是氣態, 但是真正的氣態屬于氣體, 而霧氣是水分凝結之后的小水珠。

這種小水珠體型太小, 質量輕容易懸浮在空中, 人類肉眼無法觀測到小水滴的形狀, 當它們匯聚起來形成霧氣的時候, 就極容易被人類誤認為是氣態。

霧的形成原因多種多樣

氣態的定義與業態相似, 都屬于一種流體, 只不過氣態流體的活動范圍更加寬廣, 它屬于液態水達到氣化溫度的新形態, 許多氣態水都是不可見的, 人類最常見的一種氣態就是水蒸氣。

在人類生活的環境當中, 并沒有完全純粹的氣態水, 所有的氣態水都是與空氣當中的雜志混合之后形成的混合氣態水。

后兩種分別為玻璃態, 等離子態。

水的不同形態

玻璃態的水是指溫度處于零攝氏度以下, 但水未結冰的存在形式, 這種形式下的水, 既不是固態也不是液態, 更像一種呈現固態的粘稠液體。

等離子態則剛好相反, 水的存在形式既是液態, 也是固態, 在強大的磁力以及壓強的作用下, 水當中的電子脫離了原子核的吸引, 并分裂成兩派。

一派是帶負電的自由電子,另一派是帶正電的離子,兩者之間數量相等共存下,就形成了等離子態。

等離子活化水制作

五種形態形態當中,固態細分下來的形態就有物種,其他形態再進行細分,一共可以得到水的22種形態

而冰十八屬于粒子態當中細分的一種,被稱為是超離子水。

到21世紀之前,超離子水的存在只是在理論當中,并沒有技術手段來證明超離子水真正存在。

科學家們猜測,只有在極端的環境當中才能夠產生超離子水,比如在天王星和木星這樣高壓強的巨冰星以及大型氣態行星當中。

天王星

超離子水究竟有多神奇呢?在人們生活當中,固態的水在溫度超過零攝氏度的時候開始緩慢融化,并且隨著溫度越高融化的速度越快。

一塊拳頭大小的冰塊,在100攝氏度的高溫下,撐不過10分鐘就會變成液態。

超離子水不同,它可以在2000攝氏度的高溫下,依舊保持著自身固態的形狀,也就是人們熟知的冰形態。

能夠在2000攝氏度的高溫保持固態,似乎已經完全顛覆了人類目前的認知,不過仔細探究其中的原理,可以發現合理性。

超離子水與冰晶

進入到21世紀,隨著人類科技的進步,科學家們模擬了一個類似于行星內核的場所。

處于內核當中,溫度超過2000℃,壓強相當于正常大氣壓的10萬倍,經過初步研究分析。

普通行星結構

處于這樣極端環境當中的物質都會非常奇怪,就比如水,處于固態與液態相交的狀態。

這時的水當中氧原子保持穩定狀態不動,氫原子則是表現的比平常更加活躍,穩定的氧原子形成了緊密堆積的晶體格子,形成固態冰。

固定下來的氧原子擴散當中的質子,促使離子的導電率不斷攀升,超離子水就變得極容易導電,甚至超過金屬材質。

這種形態下的超離子水形成的固態,想要融化它,至少要超過形成它時所產生的溫度。

為了進一步研究超離子水的特性,科學家們又做了一場精密的實驗。

此前,由于技術條件的限制,人類研究超離子水是通過激光加熱,使得水的溫度迅速升溫,簡單就將超離子水的特性下了判斷。

這一次,帶著更加精密設備的科學家,決定自己制作一份超離子水。

考慮到制作的困難性,科學家采用了一顆只有1.5毫米寬的水滴進行試驗。

水滴被兩顆金剛石包夾在當中,兩顆金剛石在專門的儀器下能夠產生極高的壓強,模擬了行星內部的壓強環境。

在溫度上,科學家還是采用了傳統的激光加熱,不同的是這一次加熱的控制精準度控制在納秒之內。

一切準備就緒之后,科學家將水滴放置在了特制的試驗臺上,六個高功率的激光同時對準水滴。

一旦實驗開始,六個激光輻射出的能量能夠瞬間達到2000攝氏度,科學家通過觀察當中水分子的震動頻率,就可以得知水狀態的變化。

激光輻射出的1納秒內,數據已經記錄在其中了,果不其然,水滴當中的原子在高溫當中,僅僅是3到5納秒的時間,就已經重新組合排列,5納秒之后,水的震動頻率發生變化。

水分子的排列

正所謂科學的道路永無止境,雖然證明了超離子水確實是存在的,但實驗人員Fried說:「通過觀察,我們可以確定物質狀態的邊界。」

對于超離子水的觀測僅僅是邁出了第一步,在未來還有更多的難題等著科學家們去探索。

宇宙中的冰巨星

上世紀90年代,天文學家們對氣態行星重新做了一個界定,因為天文學家們發現在天王星內部的氣體成分只有20%為氫氣。

這與木星等純正的氣態行星不同,木星當中的氫氣含量高達90%以上,而天王星的主要組成部分是冰。

所以天文學家將這類主要由冰組成的巨行星踢出了氣態行星的行列,將它們成為冰巨星。

冰巨星內部結構

冰巨星的表層主要還是以氫氣為主,表層之下是永凍的冰層,冰的主要組成成分為水、甲烷等物質。

后來天文學家又對冰巨星當中的氫氣進行了研究,發現冰巨星的氫氣缺乏金屬氫,成為又一重要的區分條件。

科學家表示,目前所知當中冰巨星星球的內部很有可能充滿了超離子水,比如天王星。

天王星充滿了固態的水源,雖然表面溫度低至零下200攝氏度,但是內核產生的高溫足以讓水變為超離子水。

隨著時間的推移,行星內部的超離子水會發生對流的情況,最終整個內核都將充斥著超離子水。

人類無法抵達這些行星的內部,卻可以通過研究相同的物質,揭開星河系氣態行星的秘密。

浩瀚又神秘的宇宙

甚至可以揭露,在天王星當中,究竟為何存在如此強大的磁場。

天王星當中的磁場強度是地球的50倍,此前科學家推測,一方面很有可能與它龐大的體型有關。

另一方面,可能是由于電離對流熔融冰幔,厚重的冰層影響了天王星磁場的周轉變化。

隨著超離子水探索的深入,也許會改變人類對天王星等冰巨星現有的看法。

并分裂成兩派。

一派是帶負電的自由電子,另一派是帶正電的離子,兩者之間數量相等共存下,就形成了等離子態。

等離子活化水制作

五種形態形態當中,固態細分下來的形態就有物種,其他形態再進行細分,一共可以得到水的22種形態

而冰十八屬于粒子態當中細分的一種,被稱為是超離子水。

到21世紀之前,超離子水的存在只是在理論當中,并沒有技術手段來證明超離子水真正存在。

科學家們猜測,只有在極端的環境當中才能夠產生超離子水,比如在天王星和木星這樣高壓強的巨冰星以及大型氣態行星當中。

天王星

超離子水究竟有多神奇呢?在人們生活當中,固態的水在溫度超過零攝氏度的時候開始緩慢融化,并且隨著溫度越高融化的速度越快。

一塊拳頭大小的冰塊,在100攝氏度的高溫下,撐不過10分鐘就會變成液態。

超離子水不同,它可以在2000攝氏度的高溫下,依舊保持著自身固態的形狀,也就是人們熟知的冰形態。

能夠在2000攝氏度的高溫保持固態,似乎已經完全顛覆了人類目前的認知,不過仔細探究其中的原理,可以發現合理性。

超離子水與冰晶

進入到21世紀,隨著人類科技的進步,科學家們模擬了一個類似于行星內核的場所。

處于內核當中,溫度超過2000℃,壓強相當于正常大氣壓的10萬倍,經過初步研究分析。

普通行星結構

處于這樣極端環境當中的物質都會非常奇怪,就比如水,處于固態與液態相交的狀態。

這時的水當中氧原子保持穩定狀態不動,氫原子則是表現的比平常更加活躍,穩定的氧原子形成了緊密堆積的晶體格子,形成固態冰。

固定下來的氧原子擴散當中的質子,促使離子的導電率不斷攀升,超離子水就變得極容易導電,甚至超過金屬材質。

這種形態下的超離子水形成的固態,想要融化它,至少要超過形成它時所產生的溫度。

為了進一步研究超離子水的特性,科學家們又做了一場精密的實驗。

此前,由于技術條件的限制,人類研究超離子水是通過激光加熱,使得水的溫度迅速升溫,簡單就將超離子水的特性下了判斷。

這一次,帶著更加精密設備的科學家,決定自己制作一份超離子水。

考慮到制作的困難性,科學家采用了一顆只有1.5毫米寬的水滴進行試驗。

水滴被兩顆金剛石包夾在當中,兩顆金剛石在專門的儀器下能夠產生極高的壓強,模擬了行星內部的壓強環境。

在溫度上,科學家還是采用了傳統的激光加熱,不同的是這一次加熱的控制精準度控制在納秒之內。

一切準備就緒之后,科學家將水滴放置在了特制的試驗臺上,六個高功率的激光同時對準水滴。

一旦實驗開始,六個激光輻射出的能量能夠瞬間達到2000攝氏度,科學家通過觀察當中水分子的震動頻率,就可以得知水狀態的變化。

激光輻射出的1納秒內,數據已經記錄在其中了,果不其然,水滴當中的原子在高溫當中,僅僅是3到5納秒的時間,就已經重新組合排列,5納秒之后,水的震動頻率發生變化。

水分子的排列

正所謂科學的道路永無止境,雖然證明了超離子水確實是存在的,但實驗人員Fried說:「通過觀察,我們可以確定物質狀態的邊界。」

對于超離子水的觀測僅僅是邁出了第一步,在未來還有更多的難題等著科學家們去探索。

宇宙中的冰巨星

上世紀90年代,天文學家們對氣態行星重新做了一個界定,因為天文學家們發現在天王星內部的氣體成分只有20%為氫氣。

這與木星等純正的氣態行星不同,木星當中的氫氣含量高達90%以上,而天王星的主要組成部分是冰。

所以天文學家將這類主要由冰組成的巨行星踢出了氣態行星的行列,將它們成為冰巨星。

冰巨星內部結構

冰巨星的表層主要還是以氫氣為主,表層之下是永凍的冰層,冰的主要組成成分為水、甲烷等物質。

后來天文學家又對冰巨星當中的氫氣進行了研究,發現冰巨星的氫氣缺乏金屬氫,成為又一重要的區分條件。

科學家表示,目前所知當中冰巨星星球的內部很有可能充滿了超離子水,比如天王星。

天王星充滿了固態的水源,雖然表面溫度低至零下200攝氏度,但是內核產生的高溫足以讓水變為超離子水。

隨著時間的推移,行星內部的超離子水會發生對流的情況,最終整個內核都將充斥著超離子水。

人類無法抵達這些行星的內部,卻可以通過研究相同的物質,揭開星河系氣態行星的秘密。

浩瀚又神秘的宇宙

甚至可以揭露,在天王星當中,究竟為何存在如此強大的磁場。

天王星當中的磁場強度是地球的50倍,此前科學家推測,一方面很有可能與它龐大的體型有關。

另一方面,可能是由于電離對流熔融冰幔,厚重的冰層影響了天王星磁場的周轉變化。

隨著超離子水探索的深入,也許會改變人類對天王星等冰巨星現有的看法。

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