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私たちが子供の頃、学校で最初に習うことのひとつが、水の物理的状態である固体、液体、気体です。 しかし、私たちが信じて過ごしていることとは逆に、それだけではありません。 カリフォルニアにあるローレンス・リバモア国立研究所の科学者たちは、最近発見した水の物理的状態を詳述する研究をNature誌に発表しています。 超イオン水 30年前に理論物理学者によって予言され、今になってようやく実際に観測された。
超イオン水とは？
超イオン水は、水が高温・高圧になることで発生する、金属のような質感と挙動を持つ高密度・高温の液体です。
水が固体と液体に同時になるのはなぜか？
水は、2個の水素原子と1個の酸素原子からできており、H2Oという有名な式があります。 通常、2個の水素原子に酸素原子が結合し、「V」字型にまとまっているのですが、超イオン化現象は、この2個の水素原子に酸素原子が結合しているのです。
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レーザーの熱と圧力で超イオン化した氷ができる様子を示すイラスト。
私たちが日常的に使っている氷は1Hと呼ばれ、H20分子が集まって六角形になっています。 しかし、凍る瞬間の温度や圧力によって、さまざまな構造を持つ氷があります。 科学的には、少なくとも12種類の氷が知られています。
ローレンス・リバモアの科学者たちは、2枚のダイヤモンドを使って、1平方センチメートルあたり2万5000キログラムの圧力で、ある量の水を圧縮しました。 こうして、普通の水よりも約60パーセント密度が高く、室温で固まるアイスVIIが誕生したのです。
そして、レーザー光で氷に衝撃波を与え、温度を数千℃上昇させ、地球大気の100万倍以上の圧力をかけた。 超イオン化した氷は、4,700℃で液体となった。
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固体の水と液体の水を同時に見つけることができるのはどこでしょうか？
この氷の形成は、海王星や天王星など、太陽系内外のさまざまな惑星に存在する可能性があると考えられており、大気中に常にダイヤモンドのシャワーが存在するこれらの惑星の磁場の挙動を説明するのにも役立つ可能性があります。