日常生活中，水低於攝氏 0 度就會結冰，然而在不同的環境下，水會有截然不同的性質。近日，美國能源部太平洋西北國家實驗室（PNNL）發現攝氏 – 83.15（190 K）的液態水，為地球大氣現象與天文研究提供新的洞見。
研究團隊將論文發表在《Science》期刊上。
研究論文傳送門
零下 80 度液態水由兩種密度的液體組成
水分子由 2 個氫與 1 個氧組成，雖然結構簡單，性質卻很複雜，例如水在固態時的密度比液態時還低，因此水結冰時體積會變大，與大多數的物質截然不同。不少科學家投入對水的研究。學界爭論，水是否能在 200K 的低溫下以液態存在，以及水在從液態轉成固態的時候，是否一定會經過「過冷水」的階段？
為了瞭解水的性質，研究團隊捕捉過冷水的結晶樣態畫面。PNNL 的化學物理學家 Greg Kimmel 與博士後研究員 Wyatt Thornley 用雷射光照射薄冰上的水分子，透過紅外光譜儀，成功觀察到水分子的變化。根據觀察，雷射光照射後的幾奈秒，產生了過冷液態水。
數據顯示，過冷水會濃縮成高密度的液體結構，與另一種低密度結構的水共存，當溫度從攝氏 -28.15（245 K）降到攝氏 -83.15（190 K），高密度液體的比例下降，支持學界的過冷水混合模型。
PNNL 的化學物理學家 Greg Kimmel 表示，科學界一直對「過冷水是否在系統平衡前結晶」問題存在爭議，這次實驗為這個問題提供了否定的答案。
霰就是由過冷液態水形成的
這項研究為某些天氣現象提供解釋，例如霰。PNNL 的化學物理學家 Bruce Kay 表示，霰是大氣層上層的過冷液態水碰到雪時，快速結冰所形成的。研究解釋了為什麼下霰是暴風雪的前兆。
該研究有助於天文學家了解，水如何在木星、土星等寒冷星球存在；彗星的尾巴也是由過冷水蒸氣形成的。
此外，該研究也助於科學家研發新藥。蛋白質相當緊密，但水分子可以輕鬆在蛋白質間穿梭。研究成員 Loni Kringle 表示，該研究能讓學界了解液態水分子如何在緊密的環境中運動，有助於新藥的研發。
在我們的日常經驗中，零下 80 度是很難想像的環境，更別說是零下 80 度的「水」了。然而不少有求知精神的科學家，對我們沒想過的問題進行研究，取得驚人發現，讓我們更了解宇宙的運作模式。
參考資料
《Science》、《SciTechDaily》
（本文提供合作夥伴轉載；首圖來源：Pxfuel CC Licensed）
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