Згідно з новими комп’ютерними моделюваннями, проведеними Конгом Лю та Рональдом Коеном з Інституту Карнегі, у надрах крижаних гігантських планет, таких як Уран і Нептун, може існувати раніше невідомий стан речовини. У своїй роботі науковці припускають, що за екстремальних тиску та температури, які панують у глибинах цих тіл зовнішньої частини Сонячної системи, існує квазіодновимірний суперіонний стан гідриду вуглецю.
Інтерес до надр планет
Наразі відкрито понад 6000 екзопланет. У міру зростання цієї кількості астрономи, планетологи та вчені-геофізики долають межі між дисциплінами, поєднуючи спостереження, експерименти та теорію, щоб визначити й дослідити фактори, які допомагають нам зрозуміти динамічні процеси, що формують ці об’єкти, зокрема утворення магнітних полів.
Таким чином зростає інтерес до розуміння процесів, що відбуваються глибоко під поверхнею планет і супутників нашої Сонячної системи, що може допомогти нам краще зрозуміти динаміку планет і навіть їхню придатність для життя у більш віддалених куточках Всесвіту.
Екзотичні льоди всередині Урана та Нептуна
Вимірювання щільності Урана та Нептуна свідчать про те, що всередині цих гігантських планет є проміжні шари незвичайних «гарячих льодів», які розташовані нижче їхніх атмосферних оболонок із водню та гелію і вище їхніх скельних ядер. Ці шари складаються з води (H2O), метану (CH4) та аміаку (NH4), але через екстремальні умови вважається, що можуть виникати екзотичні фази.
Фізичні процеси в цих областях високого тиску та високої температури можуть призводити до виникнення нетрадиційних станів речовини, саме тому теоретики та експериментатори намагаються передбачити та відтворити те, що там можна було б виявити.
Новий стан речовини гідриду вуглецю
Використовуючи високопродуктивні обчислення та машинне навчання, Лю та Коен провели фундаментальні квантово-фізичні моделювання гідриду вуглецю (CH) під тиском від майже 5 до майже 30 млн разів вище атмосферного (від 500 до 3000 гігапаскалів) та за температур від 6740 до 10 340 градусів за Фаренгейтом (від 4000 до 6000 кельвінів). Їхні методи дозволили передбачити появу впорядкованої гексагональної структури, в якій атоми водню рухаються спіральними траєкторіями, створюючи квазіодновимірний суперіонний стан.
Суперіонні матеріали займають незвичайну проміжну позицію між твердими речовинами та рідинами — один тип атомів залишається розташованим у кристалічній структурі, а інший стає рухомим.
«Ця нещодавно передбачена фаза вуглецю та водню є особливо цікавою, оскільки рух атомів не є повністю тривимірним, — пояснив Коен. — Натомість водень рухається переважно чітко визначеними спіральними траєкторіями, вбудованими у впорядковану структуру вуглецю».
Важливість відкриття для розвитку планетології та матеріалознавства
Напрям цього руху має важливі наслідки для розуміння того, як тепло та електрика поширюються всередині планет. Така поведінка може впливати на перерозподіл енергії у внутрішніх шарах, електропровідність і, можливо, на інтерпретацію процесів утворення магнітного поля в крижаних гігантах.
Їхні висновки також розширюють наше розуміння поведінки простих сполук в екстремальних умовах, вказуючи на те, що навіть прості системи можуть переходити у несподівано складні фази.
Окрім вивчення внутрішньої будови планет, здатність виявляти явища, що мають яскраво виражену спрямованість, у конденсованій речовині може мати важливе значення для матеріалознавства та інженерії.
За матеріалами phys.org
