Descoperirea unei forme ciudate de gheață care se topește doar la temperaturi foarte calde

Lucruri ciudate se întâmplă în interiorul planetelor, unde materialele familiare sunt supuse unor presiuni extreme și căldură.

Probabil că atomii de fier dansează în nucleul interior solid al Pământului, iar gheața fierbinte, grea, neagră – care este atât solidă, cât și lichidă – se formează probabil în interiorul giganților gazoși, bogat în apă, Uranus și Neptun.

În urmă cu cinci ani, oamenii de știință au recreat această gheață ciudată, numită gheață superionică, pentru prima dată în experimente de laborator; Acum patru ani, au confirmat existența și structura cristalină a acestuia.

Apoi, chiar anul trecut, cercetătorii de la mai multe universități din SUA și de la Laboratorul Stanford Linear Accelerator Center din California (SLAC) au descoperit o nouă fază de gheață superionizată.

Descoperirea lor ne adâncește înțelegerea de ce există astfel de lucruri pe Uranus și Neptun Câmpuri magnetice în afara intervalului kilter Cu electrozi multipli.

Din împrejurimile noastre terestre, ți-ar fi iertat să crezi că apa este o moleculă simplă în formă de cot, constând dintr-un singur atom de oxigen legat de doi atomi de hidrogen care se fixează într-o poziție fixă ​​atunci când apa îngheață.

Super gheata Ciudat de diferit, dar poate fi printre Cele mai abundente forme de apă în univers – probabil umplând nu numai interioarele lui Uranus și Neptun, ci și planete exterioare similare.

Aceste planete au presiuni extreme de două milioane de ori mai mari decât presiunea atmosferică a Pământului, iar interioarele lor sunt la fel de fierbinți ca suprafața Soarelui, care este locul în care apa devine străină.

În 2019, oamenii de știință au confirmat ceea ce fizicienii au confirmat Așteptată în 1988: O structură în care atomii de oxigen din gheața supraionizată sunt prinși într-o rețea cubică solidă, în timp ce atomii de hidrogen ionizat sunt eliberați, curgând prin acea rețea ca electronii prin metale.

Acest lucru conferă gheții superionice proprietățile sale conductoare. Este prea Își ridică punctul de topire Astfel că apa înghețată rămâne solidă la temperaturi ridicate.

În acest ultim studiu, fizicianul Arianna Gleason de la Universitatea Stanford și colegii ei au bombardat fâșii subțiri de apă, prinse între două straturi de diamant, cu niște lasere ridicol de puternice.

Undele de șoc succesive au ridicat presiunile la 200 de gigapascali (2 milioane de atmosfere) și temperaturi de aproximativ 5.000 K (8.500 de grade Fahrenheit) – mai calde decât temperaturile experimentelor din 2019, dar la presiuni mai scăzute.

„Descoperirile recente de exoplanete bogate în apă, asemănătoare Neptunului, necesită o înțelegere mai detaliată a diagramei de fază a planetei. [water] „La condițiile de presiune și temperatură relevante pentru interioarele lor planetare”, au spus Gleason și colegii explicat în lucrarea lordin ianuarie 2022.

Difracția cu raze X a dezvăluit apoi structura cristalină fierbinte și densă a gheții, chiar dacă condițiile de presiune și temperatură au fost menținute doar pentru o fracțiune de secundă.

Modelele de difracție rezultate au confirmat că cristalele de gheață erau de fapt o nouă fază diferită de gheața supraionizată observată în 2019. Gheața supraionizată nou descoperită, Ice Structura cubică centrată pe corp Și o conductivitate crescută în comparație cu predecesorul său din 2019, Ice XVIII.

Conductibilitatea este importantă aici, deoarece particulele încărcate în mișcare generează câmpuri magnetice. Aceasta este baza Teoria dinamuluicare descrie modul în care fluidele conductoare, cum ar fi mantaua Pământului sau în interiorul altui corp ceresc, dau naștere la câmpuri magnetice.

Dacă mai mult din interiorul unui gigant de gheață asemănător lui Neptun ar fi aspirat de un solid moale și mai puțin de un lichid în rotație, ar Schimbați tipul de câmp magnetic produs.

Dacă această planetă conține două straturi supraionizate cu conductivitate diferită către miezul ei, așa cum au spus Gleason și colegii săi Sugera Neptun ar putea avea, iar apoi câmpul magnetic generat de stratul lichid exterior ar interacționa cu fiecare dintre ele în mod diferit, făcând lucrurile și mai ciudate.

Gleeson și colegii Încheiem Conductivitatea îmbunătățită a unui strat de gheață supraionizată similar cu Gheața XIX ar promova generarea de câmpuri magnetice multipolare instabile, precum cele emise de Uranus și Neptun.

Dacă da, ar fi un rezultat satisfăcător la mai bine de 30 de ani după ce sonda spațială Voyager 2 a NASA, lansată în 1977, a zburat pe Pământ. Sistemul nostru solar are două Giganți de gheață Și măsurare ei Câmpuri magnetice foarte neobișnuite.

Studiul a fost publicat în Rapoarte științifice.