新的理论研究显示，在天王星和海王星等冰巨行星深处的极端环境中，碳氢化合物可能呈现出一种此前未被确认的物质形态——准一维超离子态。这一结果被研究团队认为可能改变现有的行星内部结构模型。

根据对天王星和海王星整体密度的测量，科学界普遍认为，这两颗行星在氢氦大气包层之下、岩石核之上，存在由“热冰”构成的中间层。该层被推测主要由水、甲烷和氨组成，在高压高温条件下会出现非常规相态，其具体物理性质一直是理论和实验研究的重点。

卡内基科学研究所的 Cong Liu 博士及其同事，利用高性能计算和机器学习方法，对碳氢化合物在类似巨行星内部的条件下进行了第一性原理量子模拟。研究覆盖的压力范围从约 500 万倍到约 3000 万倍大气压（500 至 3000 吉帕），温度范围为 4000 至 6000 开尔文。

模拟结果显示，在上述条件下，碳氢化合物有望形成一种有序的六角形框架结构：碳原子构成外部螺旋链，氢原子则在内部沿螺旋路径运动。研究团队指出，这种结构中的氢原子表现出准一维超离子行为。

所谓超离子材料，是指处于固体与液体之间的一种特殊状态，其中一类原子保持晶体框架排列，另一类原子则在框架中具有高度流动性。参与研究的卡内基科学研究所 Ronald Cohen 博士表示，此次预测的碳氢相态“特别引人注目”的原因在于，氢原子的运动并非完全三维，而是优先沿嵌入有序碳结构中的特定螺旋路径迁移。

研究人员指出，这种具有明显方向性的离子运动，可能对行星内部的热传导和电流传输产生重要影响，从而关系到内部能量再分配、电导率特征，以及对冰巨行星磁场产生机制的相关解释。

团队同时认为，这一结果拓展了对简单化合物在极端条件下行为的认识，显示即便是由碳和氢等常见元素构成的系统，在巨行星环境下也可能组织成出人意料的复杂相态。“碳和氢是行星物质中最丰富的元素之一，但它们在巨行星条件下的联合行为仍远未完全理解，”Liu 博士表示。

相关研究成果已于 2026 年 3 月 16 日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，论文题为《巨行星条件下碳氢化合物热驱动准一维超离子态的预测》（Thermally driven quasi-one-dimensional superionic state of hydrocarbons under giant-planet conditions），DOI 为 10.1038/s41467-026-70603-z。