一種奇異的水形式可能有助于解釋天王星凌亂的磁性

最奇特的事情之一天王星海王星是它們的磁場。這些行星中的每一個都有一團熱的磁層，不規(guī)則，從旋轉軸上瘋狂傾斜，這是任何其他行星都看不到的。

目前還不完全清楚為什么，但多虧了來自中國和俄羅斯的一組研究人員，我們可能會有一個新的謎題：一種非常奇怪的電離水形式，被稱為水干，它可能存在于這些奇怪的冰冷世界的極端高壓內部深處。

Aquodiium由一個普通的水分子和兩個額外的質子組成，使其具有凈正電荷，如果有足夠的數(shù)量，可以產生像天王星和海王星那樣的行星磁場。

行星磁場延伸到行星周圍的空間，產生它們。然而，它們是在行星深處通過移動電荷產生的，盡管確切的機制可能會有所不同。

在地球上，它是鐵鎳合金在核心周圍晃動、旋轉、對流和導電，將所有動能轉化為電子電流在所謂的發(fā)電機.對于木星和土星，科學家們認為是金屬氫為流動的電子提供了管道。

地球木星和土星具有相對整齊的磁場，類似于沿著行星旋轉軸運行的巨大條形磁鐵的磁場，它的磁場線就像一個籠子，整齊地連接著北極和南極。

相比之下，天王星和海王星的磁極分別從它們的旋轉軸傾斜59度和47度，磁力線不斷變形和移動。他們是實際上沒有居中在行星的核心上。

一種可能的解釋是，磁場可以由離子導電流體產生，其中離子是電荷載流子，而不是充當電子管道的流體。

“在那些[高壓]條件下，木星巖石核心周圍的氫是一種液態(tài)金屬：它可以流動，就像地球內部的鐵水流動一樣，它的電導率是由于所有氫原子共享的自由電子壓在一起。理論化學家、礦物學家和物理學家阿爾喬姆·奧加諾夫（Artem Oganov）解釋道俄羅斯斯科爾科沃科學技術學院。

“在天王星中，我們認為氫離子本身 - 即質子 - 是自由電荷載體。

那么問題來了，哪些離子呢？有些，如銨，是顯而易見的可能性。但是，行星的水分子是否也在這個過程中發(fā)揮了更重要的作用？

在中國南開大學的物理學家侯景宇的帶領下，一組研究人員回到了第一性原理，結合分子進化方式的模型，深入研究了一種稱為化學雜交的概念。

這是當原子的軌道元素混合或組合以產生可以以新方式鍵合的原子時。雜交有多種類型，但與此相關的雜交是 sp³雜化，其中四個軌道圍繞中心核形成四面體排列。

四面體的四個點中的每一個都有一個能夠與另一個原子鍵合的孤電子，或者一個不能與其他原子形成鍵的電子對。

氧在其外殼中有兩個單電子和兩個電子對。如果你將一個氫原子連接到每個可用的價電子上，你會得到 H₂O – 水。

有時，沒有電子的氫（也稱為普通舊質子）會附著在其中一個電子對上，形成一個稱為水合氫離子.

“問題是：你能在水合氫離子中再添加一個質子來填補缺失的部分嗎？在正常情況下，這種配置在能量上是非常不利的，但我們的計算表明，有兩件事可以使它發(fā)生。物理學家肖東說南開大學。

“首先，非常高的壓力迫使物質減小其體積，與氫離子（質子）共享以前未使用的氧電子對是一種巧妙的方法：就像與氫的共價鍵一樣，除了這對電子中的兩個電子都來自氧。其次，你需要大量可用的質子，這意味著酸性環(huán)境，因為這就是酸的作用——它們提供質子。

研究人員進行了計算建模，在與天王星和海王星內部存在的條件相似的條件下，這就是發(fā)生的事情。在大約 3,000 攝氏度（5,430 華氏度）和 150 萬個大氣壓的壓力下，質子附著在水合氫上形成 H₄O₂– 水族。

當然，這仍然是理論上的。需要對最外層的兩顆行星進行更詳細的觀測，以進一步研究這種可能性;但這些發(fā)現(xiàn)為我們提供了一種新的方法來理解天王星和海王星的藍色怪球。

它們對整個化學也有影響，代表著，研究人員寫道，“對價殼電子對排斥模型、質子轉移和酸堿理論等傳統(tǒng)物理和化學理論的重要補充。

該研究已發(fā)表在物理審查 C.

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