Неймовірні 4704°C. Виявлено дивну форму льоду, що тане лише за дуже високих температур

Дивні речі відбуваються всередині планет, де матеріали піддаються екстремальному нагріванню і тиску. Наприклад, відомо, що атоми заліза "танцюють" усередині твердого внутрішнього ядра Землі, тоді як гарячий, твердий і важкий лід, імовірно, утворюється всередині багатих на воду газових гігантів, Урану і Нептуна, пише Science Alert.

5 років тому вченим уперше вдалося відтворити в лабораторних експериментах цей екзотичний водночас твердий і рідкий лід з інших планет, названий суперіонним льодом. Роком пізніше їм вдалося підтвердити його існування та кристалічну структуру. І тільки торік дослідники з кількох університетів США та лабораторії Стенфордського центру лінійних прискорювачів у Каліфорнії (SLAC) виявили нову фазу суперіонного льоду.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Фактично їхнє відкриття пролило світло на розуміння того, чому Уран і Нептун мають такі незвичайні магнітні поля з кількома полюсами. Живучи на Землі, ми могли б припустити, що вода — проста молекула, що складається з одного атома кисню, пов'язаного з двома атомами водню, які займають фіксоване положення при замерзанні води. Однак суперіонний лід перевертає все з ніг на голову.

Цей дивовижний лід дивним чином відрізняється від інших, але при цьому, ймовірно, є однією з найпоширеніших форм води у Всесвіті. Вчені вважають, що він не тільки заповнює надра Урана і Нептуна, а й подібні екзопланети, ці планети мають екстремальний тиск, який у 2 мільйони разів перевищує тиск земної атмосфери. Причому їхні надра настільки ж гарячі, що й поверхня Сонця — саме в цих структурах вода і стає дивною.

У 2019 році вченим вдалося підтвердити те, що фізики передбачили ще 1988 року: структуру, де атоми кисню в суперіонному льоду замкнені у твердій кубічній решітці, в той час, як іонізовані атоми водню вивільняються, проходячи крізь решітку, подібно до електронів, що проходять крізь метали.

Дослідники дійшли висновку, що саме це і забезпечує дивовижні провідні властивості суперіонного льоду. Крім того, це також збільшує температуру плавлення — в результаті заморожена вода залишається твердою за неймовірно високих температур.

В останньому дослідженні фізикиня Аріанна Глісон зі Стенфордського університету з колегами провели експеримент: вони піддали тонкі смужки води, затиснуті між двома алмазними шарами, впливу на них неймовірно потужним лазером.

У результаті послідовні удари хвилі підняли тиск до 2 мільйонів атмосфер, а температуру до 4704 °C — температура виявилася вищою за температуру 2019 року, проте тиск був нижчим.

За словами Глісон, після цього вони використовували дифракцію рентгенівських променів, яка виявила кристалічну структуру гарячого щільного льоду, попри те, що умови тиску і температури, по суті, зберігалися лише протягом частки секунди.

У такий спосіб вченим вдалося підтвердити, що кристали льоду насправді є новою фазою, відмінною від суперіонного льоду, який спостерігався 2019 року. Нещодавно виявлений суперіонний лід назвали Ice XIX, він має об'ємноцентровану кубічну структуру і підвищену провідність, як порівняти зі своїм попередником 2019 року — Ice XVIII.

Глісон зазначає, що в цьому випадку важливу роль відіграє провідність, оскільки рухомі заряджені частинки генерують магнітні поля. По суті, це основа теорії динамо, що описує, як збовтування провідних рідин, наприклад мантії Землі, породжує магнітні поля.

Наприклад, якби надра крижаного гіганта, подібного до Нептуна, були зайняті м'яким твердим тілом, а не обертовою рідиною, це змінило б тип створюваного магнітного поля. З іншого боку, якби ближче до ядра ця планета мала два суперіонні шари з різною провідністю, які, як припускають вчені, може містити Нептун, магнітне поле, створюване зовнішнім шаром рідини, взаємодіяло б із кожним із них по-різному, роблячи ситуацію ще більш дивною.

У результаті команда дійшла висновку, що підвищена провідність шару суперіонного льоду, подібного до Ice XIX, сприяє генерації хитких, багатополярних магнітних полів, подібних до тих, що походять від Урана і Нептуна.

Раніше Фокус писав про те, що з'явився спосіб дешевого і швидкого польоту до Нептуна.