天王星と海王星内部の薄いシェルゾーンの金属液体H3O

天王星と海王星内部の薄いシェルゾーンの金属液体H3O
（2019年8月16日に提出）
太陽系には何世紀にもわたる研究にもかかわらず、未解決の深い謎が隠されています。非常に興味をそそられるケースは、天文学と海王星の異常な非双極子と非軸対称の磁場に関するもので、これは一般的な理論によって説明が長らく避けられてきました。薄い殻のダイナモ予想は、観察された現象をキャプチャしますが、説明されていない基本的な材料の基礎と基礎となるメカニズムを残します。ここでは、これらの氷の惑星内の極端な圧力と温度条件で安定化された金属液体状態の酸化三水素（H3O）の発見を報告します。天王星と海王星の既知の圧力半径関係と比較した計算された安定圧力場は、惑星コア近くの薄いシェルゾーンに金属液体H3Oを配置します。
図1 H3Oの生成エンタルピーと結晶構造。 a、の形成エンタルピー
400および600 GPaでのH2OおよびH2への分解に関するH-O化合物。
b、相対的なH3Oのゼロ点エネルギー対圧力の影響を含むエンタルピー
分解されたH2OおよびH2の結果 c、結晶構造（空間グループCmca）および
H3Oの基本構造単位。 500 GPaでの格子パラメーターは、a = 3.35Å、b = 5.84Å、
およびc = 5.80Å。 Oには2つの非等価な原子位置があり、Hには4つの原子位置があります：O1 at
8f（0.00、0.16、0.00）および8f（0.50、0.49、0.34）のO2、8f（0.00、0.33、0.07）のH1、
8f（0.00、0.43、0.34）、16gのH3（0.76、0.09、0.09）および16gのH4（0.33、0.24、0.23）。 六
1から6とラベル付けされた基本単位の異なる結合は、長さが1.16、1.02、1.08、1.06であり、
それぞれ1.06および1.10Å、3つの結合角θ1= 174.58°、θ2= 174.67°および
θ3= 171.33°。 隣接する基本ユニットはネストされて、H3O結晶のユニットセルを形成します。


図2 H3Oの固体、超イオン、および液相のシミュレーション。 a-c、平均平方
（a）1,000 K、（b）3,000 K、および（c）6,000でのH3Oの酸素と水素の置換
密度4.30 g / cm3のK、固体、超イオンおよび液相。 d-f、軌道 H3Oの対応するフェーズのスナップショット。紫色と緑色の球体
は、それぞれ酸素原子と水素原子の瞬間位置を表します。


図3 H3Oの圧力温度相図と、天王星と海王星の内部の薄いシェルゾーンにおけるその存在。 a、H2O + H2と固体を分離する安定性フィールド、
AIMDシミュレーションから取得した、H3Oの超イオン液体相および金属液体相。 の
青い実線は海王星または天王星の等エントロピーです24。 塗りつぶされた円内のデータポイント、
塗りつぶされた正方形と塗りつぶされた三角形は、4.14、4.30、および4.52でのAIMDシミュレーション結果です
g / cm3、それぞれ。 b、天王星と海王星の惑星内部構造の概略図。
灰色と白の領域は、それぞれコアと外側のガス層を表しています。 の
紫、青、オレンジの領域は、イオン性H2O、超イオン性が支配的な領域を表します
それぞれH2Oおよび液体H3O。 圧力と半径の関係はRavit Helledらによる推定。23。


拡張データ図1 H2Oの144原子とH2の48原子の混合のシミュレーション
スーパーセル内。 a、H2OおよびH2コンポーネントを含むスーパーセルの初期構築。
b、4.30 g / cm3でのAIMDシミュレーションの最後のステップのスナップショットおよび7,000K。密度は、シミュレートされた圧力が氷層の範囲内に収まるように選択されます
天王星と海王星。 c、平衡化されたものの動径分布関数の比較H2-H2Oの混合と、メインで説明されているH3O相の対応する結果 テキスト。 2つの結果セットはほぼ同じように見え、主な結論を強調しています 深部マントル氷の条件で、超イオンH2OはH2と反応してH3Oを形成 天王星と海王星の層。