原來冰塊在2000度時會變成黑色？｜沒想到太陽系「超離子冰」水分竟比海水還多！

大家所熟悉的冰，都是無色、透明、冰冷的固體，但是原來只要滿足條件，冰塊就會變成黑色，而且溫度居然高達上千度。這種「黑色的冰」不僅顏色獨特、溫度驚人，而且還在地球之外，它的水分含量是人類至今所知含量最高的型態！

早在 30 年前，曾有物理學家預言，在極端溫度、壓力之下，冰會轉換成一種名為「超離子冰」的冰晶。而最近在美國羅徹斯特大學（University of Rochester）的實驗中，這個預言就得到了證實，並刊登在《自然》期刊中。而研究指出，這種「超離子冰」的溫度高達攝氏兩三千度，呈黑色，更可能是太陽系中水含量最高的型態。

自然界其實有十多種的冰晶

其實除了大家平常看到的冰塊外，自然界中還有其他十幾種的冰晶。透明、冰冷、結冰點到0度的冰塊，是在常壓下（1 大氣壓）所呈現的狀態，因此被科學家稱為「冰 1」。除此之外，也有其餘按照 2 到 17 來編號的冰晶結構，而這次羅徹斯特大學發現的全新冰晶就被命名為「冰 18」。

從前科學家發現的冰晶，都是由完整的水分子構成，也就是 2 個氫原子和 1 個氧原子，藉由共價鍵結合成 1 個水分子，每個水分子間是獨立的；然而「冰 18」（超離子冰）卻是氧原子形成立方晶格，氫原子可以像液體一樣，自由的在整個晶體內流動～換言之就是一個裡面液態的冰晶！

雖然超離子冰已經被科學家預測及證實，但要真的做出這種冰，需要精準的調控溫度和壓力，並且要有極快的測量儀器，才能觀測他們的存在。

過去，儀器技術的限制讓科學家無法觀測這種冰，然而近期，羅切斯特大學雷射實驗室的科學家就能透過用高能 X 射線，讓水滴壓力達到數百萬大氣壓，溫度也上升到數千度。這時候，科學家看到前所未見的畫面，也就是超離子冰「冰 18」的結晶樣態。

超離子冰是黑色的，溫度高達兩三千度，約太陽表面溫度的一半，密度是普通冰塊的 4 倍，這個實驗證實了超離子冰的存在。

行星科學家曾在旅行者 2 號探測器經過天王星和海王星時，發現這兩個行星的磁場，與其他行星與眾不同。太陽系中其他行星的磁場，都具有明確的雙極，而天王星和海王星的磁場具有多極，自轉方式也不同於其他的行星。由於那兩個行星含有大量水分子，科學家猜測，行星內部具有超離子冰的存在，以產生怪異的磁場。

而超離子冰的發現，解釋了天王星和海王星的怪異磁場成因。除了天王星和海王星，太陽系內的其他行星和衛星內部並不具備生成「冰 18」所需的溫度和壓力，而這兩個行星內部的「冰 18」含量十分豐富，超越地球上的液態水。科學家認為，「冰 18」是整個太陽系中，含量最多的水的樣態。

科學家期望，成功做出「冰 18」超離子冰後，能夠探究它的特性。而實驗主導者之一 Marius Millot 表示，希望透過了解整個超離子冰的架構，能讓人類對宇宙的認識更近一步。