Суперионният амоняк в лаборатория дава подробности за магнитните полета на Уран и Нептун

Сътрудничеството между изследователи от два френски института доведе до създаването на суперионен амоняк, който може да се използва за изследване на планети като Уран и Нептун, казва се в прессъобщение.

Най-отдалечените планети в нашата слънчева система, Уран и Нептун, в момента са твърде трудни за достигане, макар и учените да имат голямо желание да ги изследват. Единствената среща на човечеството с тях бе прелитането на сондата Вояджър 2 през 80-те години.

Вместо да изпратят нова сонда, която може да отнеме десетилетие, за да стигне до там, изследователите от Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intense (LULI) създадоха условия, които приличат на тези на планетите, за да ги разберат по-добре.

Изследване на Уран и Нептун в лабораторията

Сегашните модели предполагат, че мантията на тези ледени гиганти е съставена от вода. Техните необичайни магнитни полета обаче предполагат наличието на проводящи течни системи. Някои учени смятат, че под изпълнената с водород и хелий атмосфера на тези планети има мантия, съставена от вода, метан и амоняк.

Предполага се, че водата и амонякът са в суперионно състояние при изключително високото налягане и температури вътре в планетите. Възпроизвеждането на тези суперионни състояния е правено по-рано.

Изследователи от Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC) използваха подход за статична компресия, при който компресираха амоняк между две наковални, направени от диамант или сапфир, и успяха да достигнат суперионно състояние.

Учените от LULI използваха динамична компресия и създадоха ударна вълна с помощта на лазер, което също беше недостатъчно за постигане на суперионно състояние.

Статично и динамично

След това екипите в двата центъра се събраха, за да използват и двата подхода. Наковалните в IMPMC бяха използвани за предварително компресиране на амоняк в течно или дори в твърдо състояние. След това интензивен лазерен лъч изпрати ударна вълна и првърна амоняка в суперионна ледена фаза.

В тази фаза амонякът проявява свойства, които са общи както за твърдите вещества, така и за течностите. Азотните атоми в молекулата се организират като твърдо тяло, докато водородните атоми се движат по-хаотично.

Изследователите също откриха модел на температура спрямо налягане, при който температурата се повишава много малко дори когато налягането продължава да се повишава. След като налягането се повиши над определено ниво, температурата се покачи отново.

Обединявайки данните от тези експерименти с предишната си работа, изследователите са уверени, че над налягания от 100 гигапаскала (1 гигапаскал = 10 000 атмосферни налягания), суперионният амонячен лед се топи при температури, по-ниски от суперионния воден лед.

Това може да обясни топенето на богати на амоняк региони в мантията на двете планети и необичайната магнитна активност, която мантията, състояща се само от вода, не може да произведе. Екипът също установи, че суперионният амоняк има по-висока електрическа проводимост от водата вътре в тези планети.

Резултатите от изследването са публикувани в с Nature Physics.