三氢氧化物(H3.O)——一种在极端压力和温度下稳定的金属液体——可能是海王星和天王星奇怪的不稳定磁场的动力。

行星的磁场偏离了它们的物理中心,并相对于它们的旋转轴有强烈的倾斜——海王星是47°,天王星是59°。而地球的磁层是在熔融状态下产生的核心,天王星和海王星都没有这样的结构。人们认为,这两颗冰巨星都有一个坚固的内核,周围是为内部发电机提供动力的金属液体层。但这一层的性质仍然难以捉摸。

在量子力学计算中,科学家们发现磁层生成层可能由三氢氧化物组成。当水和在行星内部的极端条件下相遇-高达600GPa和7000K(6727°C)。

显示H3O形成焓和晶体结构的图像

来源:©2020美国国家科学院

H .的晶体结构和基本结构单元3.O (O =紫色;H =绿色)

H3.在1000K时,O在450GPa左右开始凝固。它有一个类似笼状结构,由氢-氧框架和位于晶格空隙内的二氢分子组成。

在3000K时,三氧化二氢熔化形成超离子导体状态。在这里,氢离子在由氧离子组成的晶格周围自由移动。超离子冰态的水之前有人建议作为冰巨人磁场的来源。但是氧化三氢会在5000K和540GPa的温度下变成金属流体,它的粘性比超离子冰小得多,因此更有利于为行星的发电机提供动力。

证明研究人员计算结果的实验应该触手可及。制造固体H所需的压力和温度的技术3.O早已存在。