Откриха странна форма на лед, който се топи само при изключително високи температури

Странни неща се случват вътре в планетите, където познатите материали са подложени на екстремен натиск и топлина. Атомите на желязото вероятно танцуват в твърдото вътрешно ядро на Земята. Горещ, черен, тежък лед, който е и твърд, и течен едновременно, вероятно се образува в богатите на вода газови гиганти Уран и Нептун.

Преди пет години учените пресъздадоха този екзотичен лед, наречен суперйонен лед, за първи път в лабораторни експерименти.

Преди четири години те потвърдиха неговото съществуване и кристална структура.

Миналата година изследователи от няколко университета в Съединените щати и лабораторията на Stanford Linear Accelerator Center в Калифорния (SLAC) откриха нова фаза на суперйонен лед. Тяхното откритие задълбочава нашето разбиране за това защо Уран и Нептун имат такива нестабилни магнитни полета с множество полюси.

Ние смятаме, че водата е проста молекула, съставена от един кислороден атом, свързан с два водородни, които се установяват във фиксирана позиция, когато водата замръзне. Суперйонният лед е странно различен и въпреки това може да е сред най-разпространените форми на вода във Вселената.

Предполага се, че запълва не само вътрешността на Уран, Нептун, но и подобни на тях екзопланети.

Тези планети имат екстремни налягания от 2 милиона пъти земната атмосфера, а вътрешността им е толкова гореща, колкото повърхността на Слънцето. Това е мястото, където водата става странна.

През 2019 г. учените потвърдиха това, което физиците бяха предсказали през 1988 г.

Структура, при която кислородните атоми в суперйонния лед са заключени в твърда кубична решетка, докато йонизираните водородни атоми се освобождават, преминавайки през тази решетка като електрони през метали.

Това придава на суперйонния лед проводимите му свойства.

Той също така повишава точката си на топене, така че замръзналата вода остава твърда при екстремни температури. В ново проучване физикът Ариана Глийсън от Станфордския университет и колегите ѝ бомбардираха тънки парчета вода, поставени между два диамантени слоя, с няколко абсурдно мощни лазера.

Последователните ударни вълни повишиха налягането до 200 GPa (2 милиона атмосфери) и температурите до около 5000 K (4726.8 °C)

По-високи температурите спрямо експериментите от 2019 г., но при по-ниски стойности на налягането.

След това рентгеновата дифракция разкрива кристалната структура на горещия, плътен лед.

Въпреки че създадените условия на налягане и температура се поддържат само за част от секундата. Получените дифракционни модели потвърдиха, че ледените кристали всъщност са нова фаза, различна от суперйонния лед, наблюдаван през 2019 г. Новооткритият суперйонен лед, Ice XIX, има кубична структура, центрирана върху тялото, и повишена проводимост в сравнение с предшественика си от 2019 г., Ice XVIII .

Проводимостта е важна тук, защото движещите се заредени частици генерират магнитни полета.

Това е основата на теорията на динамото, която описва как разбъркващите се проводими течности, като мантията на Земята или вътре в друго небесно тяло, пораждат магнитни полета. Ако повече от вътрешностите на подобен на Нептун леден гигант бяха поети от кашаво твърдо вещество и по-малко от завихряща се течност, тогава това би променило вида на създаденото магнитно поле.

И ако към ядрото си тази планета имаше два свръхйонни слоя с различна проводимост, както предполагат Глийсън и колегите, че Нептун може да съдържа, тогава магнитното поле, генерирано от външния течен слой, ще взаимодейства с всеки от тях по различен начин, правейки нещата още по-странни.

Глийсън и колегите му заключават, че повишената проводимост на слой суперйонен лед, подобен на Ice XIX, би насърчила генерирането на нестабилни, многополярни магнитни полета като тези, излъчвани от Уран и Нептун.

Ако е така, това ще бъде задоволителен резултат повече от 30 години след като космическата сонда на НАСА Вояджър II, изстреляна през 1977 г., прелетя покрай двата ледени гиганта на нашата Слънчева система и измери техните изключително необичайни магнитни полета.

Изследването е публикувано в Scientific Reports.