新发现的冰是无定形的，也就是说，它的分子处于无序的形式，不像普通的晶体冰那样整齐有序。无定形冰虽然在地球上很少见，但却是在太空中发现的主要冰类型。这是因为在更寒冷的太空环境中，冰没有足够的热能来形成晶体。

在这项发表在《科学》杂志上的研究中，研究小组使用了一种叫做球磨的过程，在一个冷却到零下200摄氏度的罐子里，把普通冰和钢球一起大力摇晃。

他们发现，这一过程最终产生的不是普通的小块冰，而是一种新的无定形冰，与所有其他已知的冰不同，这种冰具有与液态水相同的密度，其状态类似于固体形式的水。他们将这种新冰命名为中密度无定形冰(MDA)。

研究小组认为，MDA(看起来像一种细小的白色粉末)可能存在于太阳系外的冰卫星内部，因为来自木星和土星等气体巨星的潮汐力可能会对普通冰产生类似于球磨机产生的剪切力。此外，研究小组发现，当MDA被加热并重新结晶时，它会释放出大量的热量，这意味着它可能会在木星的木卫三(Ganymede，见下图)等卫星上厚达几公里的冰层上引发构造运动和“冰震”。 

资深作者Christoph Salzmann教授(伦敦大学学院化学)说:“水是所有生命的基础。我们的生存依赖于它，我们发射太空任务寻找它，但从科学的角度来看，人们对它知之甚少。

“我们知道有20种晶体形式的冰，但之前只发现了两种主要的无定形冰，即高密度和低密度无定形冰。它们之间存在着巨大的密度差距，而公认的观点是，在这个密度差距内不存在冰。我们的研究表明，MDA的密度恰好在这一密度差距内，这一发现可能对我们理解液态水及其许多异常现象产生深远的影响。”

已知的非晶态冰之间的密度差距使科学家们认为，水实际上在非常低的温度下以两种液体的形式存在，理论上，在一定的温度下，这两种液体可以共存，一种液体漂浮在另一种液体之上，就像油和水混合时一样。这一假设已在计算机模拟中得到证实，但尚未得到实验的证实。研究人员表示，他们的新研究可能会对这一想法的有效性提出质疑。

萨尔兹曼教授说:“现有的水模型应该重新测试。他们需要能够解释中等密度无定形冰的存在。这可能是最终解释液态水的起点。”

研究人员提出，新发现的冰可能是液态水的真正玻璃态——也就是说，它是液态水的固体形态的精确复制品，就像窗户上的玻璃是液态二氧化硅的固体形态一样。然而，另一种情况是MDA根本不是玻璃状的，而是处于严重剪切的晶体状态。

合著者Andrea Sella教授(伦敦大学学院化学)说:“我们已经证明，创造出一种看起来像定格动画的水是可能的。这是一个意想不到的、相当惊人的发现。”

该研究的主要作者亚历山大·罗斯-芬森博士在伦敦大学学院化学系期间进行了这项实验工作，他说:“我们长时间地疯狂摇晃冰，破坏了晶体结构。我们意识到，我们得到的不是更小的冰块，而是一种全新的东西，具有一些非凡的特性。”

通过重复随机剪切结晶冰来模拟球磨过程，该团队还创建了MDA的计算模型。迈克尔·戴维斯博士在伦敦大学学院和剑桥大学的ICE(界面、催化和环境)实验室攻读博士学位时进行了计算建模，他说:“我们对MDA的发现提出了许多关于液态水本质的问题，因此了解MDA的精确原子结构非常重要。”

迈克尔•戴维斯 

普通晶体冰(左)和丙二醛(右)在原子尺度。来源:Michael Davies

水有许多异常现象，长期以来一直困扰着科学家。例如，水在4摄氏度时密度最大，当它结冰时密度会变小(这就是为什么冰会漂浮)。此外，你越挤压液态水，它就越容易被压缩，这与大多数其他物质的原理不同。

无定形冰是在20世纪30年代以低密度形式首次被发现的，当时科学家们在冷却到零下110摄氏度的金属表面上冷凝了水蒸气。

它的高密度状态是在20世纪80年代被发现的，当时普通冰在接近-200摄氏度的温度下被压缩。虽然在太空中很常见，但在地球上，无定形冰被认为只出现在寒冷的大气上层。 

视频截图(下面)显示了罐子里有中等密度的无定形冰，还有钢球和液氮。

球磨是一种用于多个行业研磨或混合材料的技术，但以前从未应用于冰。在这项研究中，使用液氮将研磨罐冷却到-200摄氏度，通过液氮中的浮力来确定球磨冰的密度。研究人员使用了许多其他技术来分析MDA的结构和性质，包括伦敦大学学院化学学院的x射线衍射(观察x射线在冰上反射的模式)和拉曼光谱(观察冰是如何散射光的)，以及伦敦大学学院自然启发工程中心的小角度衍射，以探索其长程结构。

此外，他们还用量热法研究了中等密度的冰在较高温度下重新结晶时释放的热量。他们发现，如果压缩丙二醛，然后将其加热，它会在重新结晶时释放出惊人的大量能量，这表明H2O可以是一种高能地球物理物质，可能会驱动太阳系冰卫星的构造运动。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。