科学者が2,000°Cを超える環境で新たな形態の氷を生成

研究チームが、巨大氷惑星の深部に存在すると予想される水の特殊な状態「超イオン氷」について、新たな結晶構造を生成し、明確に同定した。微小な試料に、海面での大気圧の約230万倍に当たる最大230ギガパスカルの圧力と、2,630ケルビン、摂氏では約2,357°Cに達する温度を加えた。

超イオン氷は、身近な凍った水とは大きく異なる。酸素原子が強固な結晶格子を形成する一方、水素の原子核は液体中の粒子のように、その骨組みの中を自由に動き回る。この組み合わせにより、固体としての性質と液体のような性質を併せ持つ。

研究チームはダイヤモンドの先端の間で水を圧縮し、レーザーで加熱したうえで、細く絞った放射光X線を使って原子の配列を調べた。約200ギガパスカルを超えると、酸素原子は六方最密充填構造を取り、これまで観測されていた面心立方構造よりも優勢になった。実験では、条件の変化に伴って、この2つの構造が相互に転換し得ることも示された。

超イオン状態の水は、天王星と海王星の内部のかなりの領域を占めると考えられている。結晶構造が異なれば電気的・力学的性質も異なる可能性があるため、今回の発見は、両惑星の内部で物質や電荷がどのように移動するかを示すモデルの精度向上につながる可能性がある。新たに確認された相が、両惑星の特異な形状の磁場にどのように寄与するかを明らかにするには、さらなる計算が必要だ。