盐是探秘海王星和天王星内部磁场的关键吗

2015-10-24 10:55 作者:admin 来源:

 太阳系中的几大行星内部的物质是冰,并且人们也在遥远的太阳系外的行星上发现了冰。但是,这些星体上的冰,并不是常规的由水组成的冰。这些冰必须在极端的压力和高温环境下才得以形成,并可能含有大量的盐类杂质。

  包括Alexander Goncharov在内的科研团队,将注意力集中在冰的形成过程中潜在的物理性质,这些冰大多发现于星体内部,它们在看似矛盾的环境下保持稳定状态。这一研究成果发表在Proceedings of the National Academy of Sciences上,并对目前关于行星体内部的物理特征提出了挑战。

  当水(H2O)结成冰的时候,水分子通过氢键以晶体格网的形式连接在一起。由于氢键的通用性,冰显示了至少16种不同晶体结构的差异性。但绝大多数结构不能在冰冻的星球内部存在。

  在高压状态下,冰结构的可变性塌缩,如同氢键氧原子之间的空间一样致密。当压力超过地球大气压的2万倍时(2帕斯卡),冰结构可能只有两种形态:VII型和VIII型。普通的冰是六边形结构,VII型冰是立方体结构,VIII型冰是四角形结构。

  

  当压力进一步增加时,冰将会进入另一阶段,即X型冰。这发生在气压强度等于地球大气压60万倍的时候(约为60帕斯卡),相当于天王星和海王星内部的压力环境。X型冰拥有全新的晶格对称结构。同时,这种冰也叫做非分子冰,因为水分子被分解,氢原子被相邻的氧原子所共享。

  在类似的压力环境下施以更高的温度,X型冰就能够导电,因为氢原子能够在氧晶格周围自由移动。但是这种冰是否会在行星内部的温度下形成,这还是一个谜。

  因为冰冷的行星体内部可能含有盐分,根据冰和周围岩石或者同海洋之间的相互作用,来自法国国家科学研究中心 Frances National Centre for ScientificResearch,CNRS)的Livia Eleonora Bove(主要作者)以及其他研究小组成员,开始研究盐在VII型冰转换到X型冰过程中的作用。

  研究人员发现,VII型冰中的盐包含普通饭桌上的氯化钠,也包含类似结构的氯化锂,这将X型冰的形成点推向一个更高的温度。这种盐在行星形成过程中合成,并且在与冰核相互作用的岩石或者液态水中呈现时,这样的盐可能很容易被视为杂质。

  Goncharov说道:这些发现已经能够挑战目前关于冰冻行星体内部的物理性质的观点。目前,所有研究的假设都是基于无杂质的冰。

  盐的存在也为理论上导电类型冰的形成提供了条件。果真如此的话,该研究就能够解释有关天王星和海王星磁场的相关问题。

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