Главная » Все новости » Обнаружена странная форма льда, которая тает только при очень высоких температурах

Обнаружена странная форма льда, которая тает только при очень высоких температурах

Странные вещи происходят внутри планет, где знакомые материалы подвергаются экстремальному давлению и нагреву. Атомы железа, вероятно, танцуют внутри твердого внутреннего ядра Земли, а горячий, черный, тяжелый лед – одновременно твердый и жидкий – вероятно, образуется внутри богатых водой газовых гигантов, Урана и Нептуна.

Пять лет назад ученые впервые воссоздали этот экзотический лед, названный суперионным льдом, в лабораторных экспериментах; а четыре года назад они подтвердили его существование и кристаллическую структуру.

Только в прошлом году исследователи из нескольких университетов США и лаборатории Стэнфордского центра линейных ускорителей в Калифорнии (SLAC) обнаружили новую фазу суперионного льда. Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.

Их открытие углубляет наше понимание того, почему Уран и Нептун имеют такие необычные магнитные поля с несколькими полюсами.

Из нашего земного окружения можно было бы простить мысль, что вода — это простая молекула в форме локтя, состоящая из одного атома кислорода, связанного с двумя атомами водорода, которые занимают фиксированное положение при замерзании воды.

Суперионный лед странным образом отличается от других, но, тем не менее, он может быть одной из самых распространенных форм воды во Вселенной – предположительно, он заполняет не только недра Урана и Нептуна, но и подобные экзопланеты.

Эти планеты имеют экстремальное давление, в 2 миллиона раз превышающее давление земной атмосферы, а недра такие же горячие, как поверхность Солнца – вот где вода становится странной.

В 2019 году ученые подтвердили то, что физики предсказали еще в 1988 году структура, в которой атомы кислорода в суперионном льду заперты в твердой кубической решетке, в то время как ионизированные атомы водорода высвобождаются, проходя через эту решетку, как электроны через металлы.

Это придает суперионному льду его проводящие свойства. Это также повышает температуру плавления, так что замороженная вода остается твердой при высоких температурах.

В своем последнем исследовании физик Арианна Глисон из Стэнфордского университета и ее коллеги бомбардировали тонкие полоски воды, зажатые между двумя слоями алмаза, невероятно мощными лазерами.

Последовательные ударные волны подняли давление до 200 ГПа (2 миллиона атмосфер), а температуру примерно до 5000 К (8500 °F) — выше, чем температуры экспериментов 2019 года, но при более низких давлениях.

«Недавние открытия богатых водой экзопланет, подобных Нептуну, требуют более детального понимания фазовой диаграммы [воды] в условиях давления и температуры, соответствующих недрам их планет», — объясняют Глисон и его коллеги в своей статье.

Затем дифракция рентгеновских лучей выявила кристаллическую структуру горячего и плотного льда, несмотря на то, что условия давления и температуры сохранялись лишь в течение доли секунды.

Полученные дифракционные картины подтвердили, что кристаллы льда на самом деле представляют собой новую фазу, отличную от суперионного льда, наблюдавшегося в 2019 году. Недавно обнаруженный суперионный лед, Ice XIX, имеет объемно-центрированную кубическую структуру и повышенную проводимость по сравнению со своим предшественником из 2019 года, Ice XVIII.

Здесь важна проводимость, поскольку движущиеся заряженные частицы генерируют магнитные поля. Это основа теории динамо, которая описывает, как взбалтывание проводящих жидкостей, таких как мантия Земли или внутри другого небесного тела, порождает магнитные поля.

Если бы внутренняя часть ледяного гиганта, подобного Нептуну, была занята мягким твердым телом, а не вращающейся жидкостью, это изменило бы тип создаваемого магнитного поля.

И если бы ближе к ядру эта планета имела два суперионных слоя с разной проводимостью, как предполагают Глисон и его коллеги, которые могут содержать Нептун, то магнитное поле, создаваемое внешним слоем жидкости, взаимодействовало бы с каждым из них по-разному, делая ситуацию еще более странной.

Глисон и его коллеги приходят к выводу, что повышенная проводимость слоя суперионного льда, подобного льду XIX, будет способствовать генерации шатких, многополярных магнитных полей, подобных тем, которые исходят от Урана и Нептуна.

Если это так, то это будет удовлетворительный результат более чем через 30 лет после того, как космический зонд НАСА «Вояджер II», запущенный в 1977 году, пролетел мимо двух ледяных гигантов нашей Солнечной системы и измерил их весьма необычные магнитные поля.

Понравилась запись? Поделись с другом!!!