有关超离子冰的新发现使天王星和海王星悬而未决的磁场谜团趋于明朗。
海王星拥有和地球类似的非静态磁场。
相图展示了水在高温、高压条件下的状态。
冰有超过十种结构，具体形态由环境的压力和温度条件决定。超离子冰是一种特殊的晶体形式，以半固态、半液态的形态存在，具有导电性。多种模型已经预测了超离子冰的存在，研究人员也曾多次在极端的实验室条件下观察到它的踪迹。然而，有关超离子冰的稳定存在条件仍然备受争议。
phys.org网站当地时间10月14日报道，美国芝加哥大学研究人员Vitali Prakapenka与德国波茨坦GFZ地球科学研究中心科学家Sergey Lobanov领导的团队，测定了两种超离子冰（XVIII型冰和XX型冰）的结构、性质及电导率。该成果为解开水的光谱之谜提供了重要线索，有助于解释天王星和海王星非同寻常的磁场。相关成果刊登在《自然·物理学》杂志中。
通常来说，冰是寒冷的，至少冰箱中的I型冰是这样。然而，在高压条件下，VII型或VIII型冰能够存在于几百乃至几千摄氏度的高温环境中。在这次实验中，研究人员首先在室温下将水的压力提高至几十吉帕斯卡，以产生VII型冰或X型冰；随后，在恒压条件下，用激光加热方式提高温度。
在整个过程中，研究人员观察了晶体冰结构的变化：起初，氧原子和氢原子稍微偏离了固定位置；接着，氧原子保持固定，形成氧立方晶格；随着温度的升高，氢发生电离，它的电子传递给了氧晶格，而原子核（正电质子）迅速穿过了晶格，使其具有导电性。由此，超离子冰就诞生了。
目前，科学家们已经能够合成并识别两种超离子冰，并描绘出它们保持稳定的压力和温度条件。Lobanov说：“由于它们独特的密度和增强的光导率，我们将观测到的结构划分到了理论预测的超离子冰相。”
这些新发现使天王星和海王星悬而未决的磁场谜团趋于明朗。这两颗行星和地球相似，都是富含水的行星，但它们的磁场偏离了自转轴。因此，模型预测这两颗行星的磁场并非如地球一样由铁芯产生，而是由富含水的导电液体产生的。Lobanov说：“根据测定到的精细相边界，我们认为这两颗行星的上三分之一是液体，但更深的内部包含固体超离子冰。这证实了对磁场起源的预测。”
