为什么海王星的磁场如此奇怪？一个奇异的分子可能就是答案

哈耶萨鲁亚源

天王星在左边，海王星在右边。（图片来源：Patrick Irwin）

据美国太空网（Victoria Corless）：在我们太阳系的深处——一个化学与推测相结合的领域——科学家们报告了一种被称为aquodium的分子的可能存在，aquodiium是铵离子的一种难以捉摸的表亲。如果这是真的，那就可以解释海王星和天王星磁场的怪异之处。

这是一件大事，因为由四个氢原子和一个氧原子（H4O2+）组成的稳定的碘化水以前从未被观察到，因为在分子水合氢（H3O+）中添加第二个质子时会产生高能垒，而这正是碘化水必须形成的方式。然而，氢鎓更容易制造。它是通过向水中添加质子的基本过程形成的。从积水到十二指肠的跳跃是最困难的部分。

然而，在先进的计算机模型的帮助下，研究人员已经确定了aquodium的潜在栖息地：在冰巨星天王星和海王星的核心发现的极端压力。而且，重要的是，它在这种强烈、结冰的环境中的存在可能有助于解释行星不同寻常的磁场——奇怪的是，它们都相对于旋转轴高度倾斜，并与行星中心显著偏移。

会不会是水造成的呢？

奇特世界的奇特化学

由于大小和质量相似，海王星和天王星的核心几乎相同。两者都有像木星和土星一样的岩石核心，但与它们较大的邻居不同，它们的内部压力不足以将分子氢转化为导电的液态金属。相反，在这些世界表面下约12427英里（20000公里）处形成了一个由冰水和氨组成的大地幔。

这就是事情变得有趣的地方：该研究的作者认为，行星不寻常的磁场可能是由充当电荷载流子的离子产生的。离子是由于一个或多个电子的损失或获得而产生净电荷的原子或分子。这些与天王星和海王星磁场有关的离子不一定只作为独立的质子存在，也可能包括水合氢、铵和碘化水。

在化学中，分子通常以其最低能量的形式存在，即基态。这是因为自然界倾向于遵循电阻最小的路径，基态使键应变和静电排斥等因素最小化，键应变意味着分子中的原子以不理想的角度连接，静电排斥意味着分子内的带电原子或基团相互排斥。形成水（H4O2+）的挑战在于，当向水合氢离子中添加第二个质子时，静电排斥和应变会增加——这就像试图将两个带正电的磁铁结合在一起一样。

当质子被添加到水中形成水合氢时，这两个因素更容易被克服；所得分子的正电荷仅位于其中一个氧原子上，氢原子以稳定的几何结构围绕中心的氧原子排列。要从这种情况发展到水，你需要在结构中添加第二个质子，但这会增加分子中的正电荷量，导致带正电荷的质子之间产生显著的静电排斥，并破坏水合氢的现有分子结构，产生应变。

在正常条件下，这些因素不允许形成稳定的aquodium。唯一可能的方法是，如果反应中有足够的能量，迫使分子在所有应变、排斥和其他甚至没有讨论过的复杂情况下聚集在一起。我们地球上没有那种能量。然而，在天王星和海王星的极端条件下，可能确实有足够的能量。

科学家们报告说，在他们的模拟中，碘化钾似乎是一个合理的结果，特别是因为在这些世界中发现的非常高的压力促进了氧和氢离子的结合，从而使碘化钾可以稳定下来。如果这些行星中潜伏着稳定的水，那么，我们可能最终会在解码它们从哪里获得奇怪磁场的道路上。

这项研究于5月发表在《物理评论B》杂志上。