Odkrycie dziwnej formy lodu, który topi się tylko w bardzo wysokich temperaturach

Wewnątrz planet dzieją się dziwne rzeczy, gdzie znane materiały poddawane są działaniu ekstremalnego ciśnienia i ciepła.

Atomy żelaza prawdopodobnie tańczą w stałym jądrze wewnętrznym Ziemi, a gorący, ciężki czarny lód – zarówno stały, jak i płynny – prawdopodobnie tworzy się wewnątrz bogatych w wodę gazowych gigantów Urana i Neptuna.

Pięć lat temu naukowcy po raz pierwszy w eksperymentach laboratoryjnych odtworzyli ten dziwny lód, zwany lodem superjonowym; Cztery lata temu potwierdzili jego istnienie i strukturę krystaliczną.

W zeszłym roku naukowcy z kilku amerykańskich uniwersytetów i laboratorium Stanford Linear Accelerator Center w Kalifornii (SLAC) odkryli nową fazę superjonizowanego lodu.

Ich odkrycie pogłębia nasze zrozumienie, dlaczego takie rzeczy istnieją na Uranie i Neptunie Pola magnetyczne poza zakresem Kiltera Z wieloma elektrodami.

Z naszego ziemskiego otoczenia można by pomyśleć, że woda to prosta cząsteczka w kształcie łokcia, składająca się z pojedynczego atomu tlenu związanego z dwoma atomami wodoru, które zatrzaskują się w ustalonej pozycji, gdy woda zamarza.

Super lód Dziwnie różne, ale może być jednym z nich Najliczniejsze formy wody we wszechświecie – prawdopodobnie wypełniającej nie tylko wnętrza Urana i Neptuna, ale także podobnych planet zewnętrznych.

Na planetach tych panuje ekstremalne ciśnienie dwa miliony razy wyższe niż ciśnienie atmosferyczne na Ziemi, a ich wnętrza są tak gorące jak powierzchnia Słońca, gdzie woda staje się obca.

W 2019 roku naukowcy potwierdzili to, co potwierdzili fizycy Oczekiwano w 1988 r: Struktura, w której atomy tlenu w superjonizowanym lodzie są uwięzione w stałej sześciennej siatce, podczas gdy zjonizowane atomy wodoru są uwalniane i przepływają przez tę sieć jak elektrony przez metale.

Dzięki temu lód superjonowy ma właściwości przewodzące. To też jest Podnosi jego temperaturę topnienia Aby zamarznięta woda pozostała stała w wysokich temperaturach.

W najnowszym badaniu fizyk Arianna Gleason z Uniwersytetu Stanforda i jej współpracownicy zbombardowali cienkie paski wody umieszczone pomiędzy dwiema warstwami diamentu za pomocą absurdalnie potężnych laserów.

Kolejne fale uderzeniowe podniosły ciśnienie do 200 gigapaskali (2 miliony atmosfer) i temperaturę około 5000 K (8500 stopni Fahrenheita) – wyższą niż temperatury eksperymentów z 2019 r., ale przy niższych ciśnieniach.

„Niedawne odkrycia bogatych w wodę egzoplanet podobnych do Neptuna wymagają bardziej szczegółowego zrozumienia diagramu fazowego planety. [water] „W warunkach ciśnienia i temperatury odpowiednich dla wnętrz ich planet” – powiedzieli Gleason i współpracownicy wyjaśniono w ich artykuleod stycznia 2022 r.

Następnie dyfrakcja promieni rentgenowskich ujawniła gorącą, gęstą krystaliczną strukturę lodu, mimo że warunki ciśnienia i temperatury utrzymywały się tylko przez ułamek sekundy.

Uzyskane wzory dyfrakcyjne potwierdziły, że kryształki lodu były w rzeczywistości nową fazą, inną niż superjonizowany lód obserwowany w 2019 r. Nowo odkryty superjonizowany lód, Ice Struktura sześcienna skupiona na ciele Oraz zwiększoną przewodność w porównaniu do swojego poprzednika z 2019 roku, Ice XVIII.

Przewodność jest tu ważna, ponieważ poruszające się naładowane cząstki generują pola magnetyczne. To jest podstawa Teoria dynamaktóry opisuje, jak płyny przewodzące, takie jak płaszcz Ziemi lub wnętrze innego ciała niebieskiego, powodują powstawanie pól magnetycznych.

Gdyby większa część wnętrza lodowego olbrzyma podobnego do Neptuna została wessana przez miękkie ciało stałe, a mniej przez wirującą ciecz, Zmień rodzaj wytwarzanego pola magnetycznego.

Jeśli ta planeta zawiera dwie superjonizowane warstwy o różnej przewodności w kierunku jądra, jak powiedzieli Gleason i jego współpracownicy Sugerować Być może Neptun tak miał, a wówczas pole magnetyczne generowane przez zewnętrzną warstwę cieczy oddziaływałoby z każdym z nich w inny sposób, co czyniłoby sytuację jeszcze dziwniejszą.

Gleasona i współpracowników Wnioskujemy Zwiększona przewodność warstwy superjonizowanego lodu, podobnej do lodu XIX, sprzyjałaby wytwarzaniu niestabilnych, wielobiegunowych pól magnetycznych, takich jak te emitowane przez Urana i Neptuna.

Jeśli tak, byłby to satysfakcjonujący wynik ponad 30 lat po przelocie sondy kosmicznej NASA Voyager 2, wystrzelonej w 1977 roku, obok Ziemi. Nasz Układ Słoneczny ma dwa Lodowi giganci I pomiar Oni Bardzo niezwykłe pola magnetyczne.

Badanie zostało opublikowane w Raporty naukowe.