它采用了地球上最强大的激光之一，但科学家已经做到了。 他们已经证实了“超离子”热冰的存在——冰冻的水可以在数千度的高温下保持固态。
由于巨大的压力，这种奇异形式的冰是可能的，该实验的结果可以揭示巨型冰行星的内部结构，例如和海王星。
在地球表面，水的沸点和冰点变化很小——通常在非常热的时候沸腾，在寒冷的时候结冰。 但这两种状态的变化都是随压力的变化而变化的（这就是为什么水的沸点在高海拔地区较低）。
在太空的真空中，水不能以液态存在。 即使在 -270 摄氏度（宇宙的平均温度）下，它也会立即沸腾和蒸发，然后凝华成冰晶。
但据推测，在极高压力的环境中，相反的情况会发生：即使在极高的温度下，水也会凝固。 劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家最近首次直接观察到了这一点，去年的一篇论文详细介绍了。
他们创造冰七，这是结晶体冰的形式超过地球大气压的 30,000 倍，即 3 吉帕斯卡，并用激光对其进行爆炸。 这由此产生的冰具有导电的离子流，而不是电子，这就是它被称为超离子冰的原因。
现在他们已经通过后续实验证实了这一点。 他们提议将新形式命名为 Ice XVIII。
在之前的实验中，团队只能观察一般性质，例如能量和温度； 内部结构的更详细的细节仍然难以捉摸。 因此，他们设计了一项实验，利用激光脉冲和 X 射线衍射来揭示冰的晶体结构。
“我们想确定超离子水的原子结构，”LLNL 的物理学家 Federica Coppari 说道。
“但考虑到这种难以捉摸的极端条件预计它是稳定的，将水压缩到这样的压力和温度，同时拍摄原子结构的快照是一项极其困难的任务，这需要创新的实验设计。”
这就是那个设计。 首先，在两个金刚石砧之间放置一层薄薄的水。 然后，使用六台巨型激光器产生一系列强度逐渐增强的冲击波，以高达 100-400 吉帕斯卡的压力（即地球大气压的 1 至 400 万倍）压缩水。
同时，它们产生 1,650 至 2,760 摄氏度之间的温度（太阳表面为 5,505 摄氏度）。
该实验的设计目的是让水在压缩时结冰，但由于压力和温度条件只能维持几分之一秒，物理学家不确定冰晶是否会形成和生长。
因此，他们使用激光用 16 个附加脉冲来爆破一小片铁箔，产生等离子体波，在精确的时间产生 X 射线闪光。 这些闪光从内部晶体中衍射出来，表明压缩水确实是冷冻且稳定的。
“我们测量的 X 射线衍射图是超快冲击波压缩过程中形成致密冰晶的明确特征，表明液态水中固态冰的成核速度足够快，足以在实验的纳秒时间尺度内观察到，”科帕里说。
这些X射线显示出一种前所未见的结构——立方晶体，每个角都有氧原子，每个面的中心都有一个氧原子。
“找到氧晶格存在的直接证据，为超离子水冰的存在之谜带来了最后一个缺失的部分，”劳伦斯国家实验室的物理学家马吕斯·米洛特说道。
“这为我们去年收集到的超离子冰的存在提供了额外的证据。”
这一结果揭示了海王星和天王星等冰巨星如何拥有这样的线索。奇怪的磁场，以奇怪的角度倾斜，并且赤道不环绕地球。
此前，人们认为这些行星有一个离子水和氨的流体海洋代替地幔。
但该团队的研究表明，这些行星可能有一个像地球一样的固体地幔，但由热的超离子冰而不是热的岩石组成。 由于超离子冰具有高导电性，这可能会影响行星的磁场。
“由于天王星和海王星内部的水冰具有晶格，我们认为超离子冰不应该像地球的液态铁外核这样的液体一样流动。相反，最好想象超离子冰也会以类似的方式流动地幔由固体岩石构成，但在很长的地质时间尺度上流动并支持大规模的对流运动，”米洛特说。
“这会极大地影响我们对冰巨行星及其众多太阳系外表亲的内部结构和演化的理解。”
该研究发表于自然。
