天王星和海王星都有一個(gè)完全傾斜的磁場(chǎng)，也許是由于行星特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。但現(xiàn)在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員的新實(shí)驗(yàn)表明多種假說(shuō)均不成立，這個(gè)謎團(tuán)仍沒(méi)有頭緒。天王星和海王星這兩顆大型氣體行星擁有奇怪的磁場(chǎng)。這些磁場(chǎng)相對(duì)于行星的自轉(zhuǎn)軸都有強(qiáng)烈的傾斜，并且與行星的物理中心有明顯的偏移，其原因一直是行星科學(xué)界的一個(gè)謎團(tuán)。
各種理論認(rèn)為，這些行星獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能是造成這種奇異現(xiàn)象的原因。這些假說(shuō)認(rèn)為偏斜的磁場(chǎng)是由對(duì)流層中的循環(huán)引起的，而對(duì)流層由導(dǎo)電液體組成。這個(gè)對(duì)流層又圍繞著一個(gè)穩(wěn)定的分層的非對(duì)流層，在這個(gè)對(duì)流層中，由于材料的高粘度，沒(méi)有循環(huán)，因此對(duì)磁場(chǎng)沒(méi)有太多影響。
計(jì)算機(jī)模擬顯示，天王星和海王星的主要成分--水和氨，在非常高的壓力和溫度下進(jìn)入一種不同尋常的狀態(tài)："超離子狀態(tài)"，它同時(shí)具有固體和液體的特性。在這種狀態(tài)下，氫離子在氧氣或氮?dú)庑纬傻木Ц窠Y(jié)構(gòu)中變得流動(dòng)起來(lái)。
最近的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，超離子水可以存在于根據(jù)理論，穩(wěn)定分層區(qū)域所在的深度。因此，可能是分層層是由超離子成分形成的。但是，由于超離子狀態(tài)的物理特性尚不清楚，這些成分是否真的能夠抑制對(duì)流并未可知。
最小空間內(nèi)的高壓
蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院地球科學(xué)系的木村智明和村上元彥現(xiàn)在離找到答案又近了一步。這兩位研究人員在實(shí)驗(yàn)室里用氨進(jìn)行了高壓和高溫實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的目的是確定超離子材料的彈性。彈性是影響行星地幔熱對(duì)流的最重要物理性質(zhì)之一。值得注意的是，材料在固態(tài)和液態(tài)下的彈性是完全不同的。
在調(diào)查中，研究人員使用了一種叫做金剛石砧板電池的高壓儀器。在這種儀器中，氨氣被放置在一個(gè)直徑約100微米的小容器中，然后夾在兩個(gè)金剛石尖端之間壓縮樣品。這樣就可以將材料置于極高的壓力下，如天王星和海王星內(nèi)部的壓力。
然后用紅外激光將樣品加熱到2000多攝氏度。同時(shí)，一束綠色激光照亮樣品。通過(guò)測(cè)量散射的綠色激光的波譜，研究人員可以確定材料的彈性和氨中的化學(xué)鍵。不同壓力和溫度下波譜的變化可以用來(lái)確定氨在不同深度的彈性。
木村和村上在測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了一種新的超離子氨相（γ相），它表現(xiàn)出與液相相似的彈性。這種新相可能穩(wěn)定在天王星和海王星的深層內(nèi)部，因此在那里出現(xiàn)。然而，超電離氨的行為就像液體一樣，因此它的粘性不足以促成非對(duì)流層的形成。
基于新的研究結(jié)果，超離子水在天王星和海王星內(nèi)部有什么特性的問(wèn)題就變得更加迫切。因?yàn)榧词故乾F(xiàn)在，這兩顆行星為什么會(huì)有如此不規(guī)則的磁場(chǎng)，這個(gè)謎團(tuán)仍然沒(méi)有解開(kāi)。
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