Открытие странной формы льда, который 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, тяжелый черный лед, который может быть как твердым, так и жидким, вероятно, формируется внутри богатых водой газовых гигантов Урана и Нептуна.

Пять лет назад ученые впервые воссоздали этот странный лед, названный суперионным льдом, в лабораторных экспериментах; 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 суперионизированного льда.

Их открытие углубляет наше понимание того, почему такие вещи существуют на Уране и Нептуне. Магнитные поля за пределами необычного диапазона С несколькими электродами.

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.

Супер лед Как ни странно, он отличается, но может быть среди Наиболее распространенные формы воды во Вселенной, предположительно заполняющей не только недра Урана и Нептуна, но и аналогичные внешние планеты.

На этих планетах экстремальное давление в два миллиона раз превышает атмосферное давление Земли, а их недра такие же горячие, как поверхность Солнца, где вода становится чужеродной.

В 2019 году ученые подтвердили то, что подтвердили физики Ожидается в 1988 г.: структура, в которой атомы кислорода в суперионизированном льду заключены в твердую кубическую решетку, а ионизированные атомы водорода высвобождаются, проходя через эту решетку, как электроны через металлы.

Это придает суперионному льду его проводящие свойства. Это слишком Он 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 гигапаскалей (2 миллиона атмосфер) и температуру около 5000 К (8500 градусов по Фаренгейту) — выше, чем температуры экспериментов 2019 года, но при более низком давлении.

«Недавние открытия богатых водой экзопланет, подобных Нептуну, требуют более детального понимания фазовой диаграммы планеты. [water] «При условиях давления и температуры, соответствующих недрам их планет», — сказали Глисон и его коллеги. объяснили в своей статьес января 2022 года.

Рентгеновская дифракция затем выявила горячую, плотную кристаллическую структуру льда, хотя условия давления и температуры поддерживались лишь доли секунды.

Полученные дифракционные картины подтвердили, что кристаллы льда на самом деле представляли собой новую фазу, отличную от суперионизированного льда, наблюдавшегося в 2019 году. Недавно обнаруженный суперионизированный лед Ice Телоцентрированная кубическая структура И повышенная проводимость по сравнению со своим предшественником 2019 года Ice XVIII.

Здесь важна проводимость, поскольку движущиеся заряженные частицы генерируют магнитные поля. Это основа Теория динамокоторый описывает, как проводящие жидкости, такие как мантия Земли или внутри другого небесного тела, порождают магнитные поля.

Если бы большая часть внутренней части ледяного гиганта, подобного Нептуну, была затянута мягким твердым телом, а меньшая — вращающейся жидкостью, это бы Изменение типа создаваемого магнитного поля.

Если эта планета содержит два суперионизированных слоя с разной проводимостью по направлению к ядру, как сказали Глисон и его коллеги Предлагать Нептун мог бы это сделать, и тогда магнитное поле, создаваемое внешним слоем жидкости, будет взаимодействовать с каждым из них по-разному, делая ситуацию еще более странной.

Глисон и коллеги Мы заключаем Повышенная проводимость слоя суперионизированного льда, подобного льду XIX, будет способствовать генерации нестабильных многополярных магнитных полей, подобных тем, которые излучают Уран и Нептун.

Если это так, то это будет удовлетворительный результат более чем через 30 лет после того, как космический зонд НАСА «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, пролетел мимо Земли. В нашей Солнечной системе есть два Ледяные гиганты И измерение они Очень необычные магнитные поля.

Исследование было опубликовано в Научные отчеты.