極低度下水以液態形式存在幫助解釋水在木星等冰凍星球上存在

美國能源部太平洋西北國家實驗室(PNNL)的研究人員在最新一期《科學》雜志撰文指出，他們首次對超冷水進行測量后發現，在零下80攝氏度的極低溫度下，水以液態形式存在，且由兩種液體混合而成。最新研究增加了我們對水的深層了解，也可以幫助科學家解釋液態水為何能在木星、土星等冰凍星球上存在。

研究人員指出，有關處于最極端溫度之下液態水的行為，科學家迄今已提出了諸多假設。比如，有科學家想知道，在零下83.15攝氏度的極低溫度下，水是否能以液體形式存在。厘清這些問題非常重要，因為水覆蓋地球71%的面積，深入了解水對于我們洞悉其如何調節環境、我們的身體乃至生命本身都至關重要。

PNNL化學物理學家格雷格·金梅爾說：“我們的研究證明，在極冷溫度下，液態水不僅相對穩定，而且由兩種結構混合而成。”

25年來，金梅爾和同事布魯斯·凱一直在研究水的古怪行為。他們提出了各種模型來解釋水的異常特性。在最新研究中，他們使用紅外光譜技術，成功觀察到了用激光摧毀一層薄冰時水分子的定格運動，制造出了持續時間僅幾納秒的超冷液態水。

他們使用超冷水的定格“快照”獲得的新數據表明，超冷水可以凝結成致密的類似液體的結構。這種較高密度的結構與較低密度的結構共存。隨著溫度從零下28.15攝氏度降至零下83.15攝氏度，高密度液體的比例迅速下降，表明零下83.15攝氏度的水由兩種結構混合而成。

金梅爾表示，這項研究可能有助于解釋霰是如何形成的。在冷天暴風雪發生前，有時會有小小的白色蓬松顆粒從天而降，這種現象被稱為霰。他們的研究表明，霰由雪花與大氣上層的超冷液態水相互作用形成。

這些研究還可能有助于了解液態水如何在太陽系內的冰凍星球——木星、土星、天王星和海王星上存在;此外，超冷的水蒸氣還形成了彗星身后引人注目的彗尾。

研究人員稱，新研究可以揭示液態水在密閉環境中的行為，未來他們也可以借助這項研究中用到的技術，追蹤各種化學反應背后分子如何重新排列。

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