“冰 VII”到底是什么？为什么科学家要使用激光来制造它？

当然，看着冰冻结听起来就像看着油漆变干一样有趣。但那只是因为你还没有尝试过用世界上最强大的激光制造冰。

通过向一小瓶水发射世界上最强大的X射线激光（直线加速器相干光源），并利用另一个强力激光脉冲拍摄相当于高速摄像机的图像，研究人员能够看到水分子逐个排列成一种被称为冰VII的冰相——一种通常不会在地球上发现的形式。

他们的研究成果本周发表在《物理评论快报》上。

“人们对冰进行了大量研究，因为每个人都想了解它的行为，”研究作者 Wendy Mao 在一份声明中说。“我们的新研究表明，我们能够实时观察冰结构的形成，这是以前从未做过的。”

在这种情况下，实时仅意味着六纳秒。这是一个快速冻结的过程。

其他科学家之前也在实验室中制造了冰 VII，但未能成功捕捉到其冻结过程。事实证明，这种冰相（通常与太空中的行星碰撞有关）在冻结之前开始形成微小的棒状针状物。先前的研究表明，冰可能首先冻结成球状。新发现让我们深入了解了水冻结的所有奇怪方式，而且特别令人兴奋，因为虽然冰 VII 在自然界中并不存在于地球上，但行星地质学家确实认为它存在于木卫二和其他系外行星上。

地球上的冰，从威士忌中的岩石到格陵兰冰盖，都冻结成同一种状态：典型的普通冰 Ih（发音为一个 h）。“h”是指氧原子从液体或气体转变为固体冰时排列成的六边形形状。

但六边形远非水分子聚集的唯一形状。总而言之，在适当的温度和压力下，水可以呈现大约 17 种不同的结晶相。（第 18 种可能以奇怪的方形存在。）与整个浩瀚而不可理解的宇宙相比，地球的温度和压力变化并不大，因此冰 Ih 是我们世界上唯一出现的东西。

但在其他地方和情况下，温度高于地球，压力低于地球（反之亦然），液态水、水蒸气和冰可能在完全不同的点上保持稳定。科学家使用相图来概念化这一点，相图实际上描绘了物质呈液态、气态或固态的条件。

水的分子成分可以以多种不同的方式排列成固体，这就是该化合物的相图如此奇怪的原因。

好吧，香草冰实际上不在相图上。水的真实相图看起来更像这样——到处都是罗马数字。

冰 Ih 占据着 1 千巴以下（几乎是海平面大气压的 1,000 倍）以及冰点至 -328 华氏度之间的空间。但一旦走出这些寒冷的界限，事情就开始变得奇怪了。当压力足够大时，冰可以在极高的温度下存在（想想几百摄氏度）。

在已知的 17 种冰形态中，有 11 种出现在典型的相图上。IV、IX、XII、XIV、XVI 和 XVII 是比较奇怪的情况。（对于冯内古特的粉丝来说，IX 型冰不会冻结地球上的所有水。）前四种在其他相中都是亚稳态的，这意味着它们可以短暂存在于其他冰结构的领域——只要它们不受干扰。但改变它们的温度和压力，你就可以让它们转变为另一个更稳定的相。XVI 和 XVII 型冰是在非常低的压力环境中拉伸冰，在冻结的水分子之间留下微小的分子笼，从而通过实验形成的。

您一生中可能永远都不会遇到这种冰。但知道它们存在是不是很酷？