电冰体：行星诞生的催化剂

水的单分子（-H₂O–）中，两个带正电荷的氢原子簇与另一端带负电荷的氧原子簇相离。形成冰的过程中，电荷分离被破坏了，氧原子有序规则排列，而与氧原子相邻的那对氢原子则是随机排列。当温度降到60K（-213.15 °C）的时候，氢原子又会有序地重排，正负电荷规则分布，形成电冰体。

宇宙中普遍存在的电冰体（electric ice，ice XI）是冰的同素异形体，也是一种特殊的电介质。它有着面心正交的晶体结构（下图最右的一个），被认为是最稳定的冰晶体。研究电冰体有助进一步理解太阳系形成以及冰晶在生命出现过程中的重要作用。

电冰体在一定温度范围内能够自发极化，极化使电冰体比冰更容易聚合为晶体——就像微尘颗粒在静电作用下容易聚合在一起一样。如果早期太阳系中存在着很多电冰体，就意味着行星形成的速度比我们现在的模型估算的要快。电冰体也可能吸引有机化合物，从而加速了复杂分子的形成，最后产生了生命。

有人认为南极洲存在天然的电冰体，这还有待确认。天文学家一直认为电冰体存在于太阳系以外的宇宙中，但没有证据证明这一点。

据《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）发表的论文，现就读于日本九州大学的荒川雅（Masashi Arakawa）和同事2006年在实验室里57K到66K的温度环境下制成了电冰体。这个温度大约是天王星及其卫星的温度。不过，如果电冰体形成的温度范围这么狭窄，它不大可能成为行星形成的重要因素。

值得注意的是，冰转化为电冰体的温度比直接形成电冰体的温度要高些。荒川团队将随机选择的普通雪片冷却到60K，冰的晶体结构就由六方冰晶变成了电冰体的正交冰晶。把这个正交冰晶加热到100K，它又变成了普通的冰。这时再把温度调低，到72K时就形成了电冰体，比之前的60K高一些。不过，把普通雪片一次性冷却到72K，电冰体并没有形成。

把电冰体碎屑嵌入一大块冰中就能把所有的冰都变成电冰体。研究者表示，这可能是纳米级别的电冰体能够承受温度一定程度上的升高（从60K到72K），好比为周边的冰提供了一个“模板”，方便其他的冰更快地形成电冰体。

进一步研究发现，这种现象在电冰体被加热到111K的时候依然存在。111K大约是木星卫星的温度。这意味着太空中可能存在更多的电冰体。

不过，晶体的状态转换是极其缓慢的过程——纯水需要几千年才能转变为晶体。为了加速这个过程，荒川团队向冰中掺入了一点点钠。钠在宇宙中的含量非常小。科学家将继续研究宇宙中更普遍存在的物质，比如氨和甲烷，是否也能催化电冰体的形成。

刊物:	《新科学》网站，2011年8月25日
导读者:	洋柿子
原文:	请看这里
图片来源:	《新科学》网站

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