水是一個非常有趣的分子，它在不同的溫度和壓力下可以形成不同的固態結構。在地球上，我們最常見的冰是六方晶系的冰 Ih，它是由四面體配位的氧原子組成的。但是當壓力增加時，水分子之間的氫鍵會發生變化，導致冰的結構發生轉變。例如，在大約2 GPa 時，冰 Ih會轉變為冰 II，它是由八面體配位的氧原子組成的。隨著壓力繼續增加，還會出現其他類型的冰，如冰 III、冰 IV、冰 V等等。到目前為止，已經發現了19種不同類型的冰。

水也是構成冰巨行星（如天王星和海王星）的主要成分之一。這些行星的內部壓力和溫度非常高，遠遠超過了地球上水的常見狀態。在這樣極端的條件下，水會發生什么樣的變化呢？一種可能性是水會完全分解為氫原子和氧原子，形成一個金屬態的混合物。另一種可能性是水仍然保持分子結構，但形成一種新型的冰相。

為了探索冰巨行星的內部結構和性質，我們需要了解水在極端條件下的相變和電導率。然而，實驗上測量這些性質是非常困難的，因為需要產生高達數百GPa的壓力和數千K的溫度，并且能夠對水的結構進行精確的探測。

最近，一組科學家利用美國斯坦福大學的直線加速器相干光源實現了對水在冰巨行星內部條件下的動態壓縮實驗。他們使用一種叫做飛秒激光震波的技術，將一束強激光照射在水樣品上，產生一個高速的沖擊波，將水壓縮到高壓高溫狀態。同時，他們使用另一束X射線自由電子激光作為探針，對水樣品進行X射線衍射分析，從而獲得水分子中氧原子的排列方式。

驅動激光的波長是800納米，持續時間是10皮秒。探測激光的波長是1.5埃，持續時間是50飛秒。他們在驅動激光打在水樣品后的不同時間點上打探測激光，從而得到水在不同壓縮階段的X射線衍射圖像。

通過這種方法，他們發現了一種新的水冰相，命名為冰XIX，其結構為體心立方（BCC）。這種結構與之前理論預測的幾種立方或正交結構不同，表明水在高壓高溫下有著復雜而豐富的相圖。冰XIX在200 GPa和約5000 K的條件下穩定存在，并且接近于熔化邊界。這意味著，在冰巨行星的深層內部，可能存在著一種具有較高電導率和流動性的BCC水冰層。

這一發現對于理解冰巨行星的磁場和動力學有著重要的意義。冰巨行星的磁場與木星和土星等氣態巨行星不同，呈現出非軸對稱、非偶極的特征。這可能是由于冰巨行星內部存在著一個由離子化水組成的液態層，其對流運動產生了復雜的電流和磁場。如果水在高壓高溫下發生了相變和電離，那么它的電導率和流動性就會發生變化，從而影響磁場的形成和演化。因此，揭示水在極端條件下的物理性質，有助于我們更好地認識冰巨行星這一類神秘而迷人的天體。(www.wS46.com)