Глибоко всередині крижаних гігантів Сонячної системи — Урана та Нептуна — вода існує у формі, яку важко уявити на Землі. Оскільки доставити зразки з цих віддалених світів неможливо, дослідники з Французької комісії з альтернативних джерел енергії та атомної енергії (CEA) штучно відтворили подібні екстремальні умови в лабораторії. Результати дослідження вже опубліковані у науковому часописі Physical Review Letters.
Що таке суперіонний лід
За колосальних температур і тисків у надрах планет звичайний лід переходить у так званий суперіонний стан. Це екзотична фаза матерії, в якій атоми кисню вишиковуються у жорстку кристалічну решітку, тоді як ядра водню вільно переміщуються всередині неї.
У результаті утворюється гарячий, електропровідний матеріал, що поєднує властивості твердого тіла та рідкого провідника. Досі науковцям бракувало даних про те, які саме кристалічні структури формує такий лід під найвищими тисками.
Лабораторний екстремум
Щоб з’ясувати будову суперіонного льоду, фізики стиснули крихітні зразки води між двома алмазними ковадлами та нагріли їх лазерами до температури понад 1526 °C. Тиск усередині комірки досяг 230 ГПа, що в понад 2 млн разів перевищує стандартний атмосферний тиск Землі.
Для аналізу структурних змін науковці застосували методику рентгенівської дифракції в Європейському центрі синхротронного випромінювання. Вони виявили, що за тиску понад 200 ГПа атоми кисню формують гексагональну щільноупаковану решітку (hcp). Ця фаза виявилася стабільнішою і повністю витіснила відому раніше гранецентричну кубічну структуру (fcc).
Новий погляд на магнітні поля планет
Відкриття гексагональної фази суперіонного льоду має принципове значення для астрофізики. Вважається, що саме виражений суперіонний шар у глибинах Урана та Нептуна генерує їхні дивні й симетрично зсунуті магнітні поля.
Оскільки фаза hcp має відмінні електричні та механічні показники від кубічної, це змусить науковців переглянути наявні теоретичні моделі та точніше описувати процеси, що відбуваються всередині крижаних гігантів.
Раніше ми розповідали про те, як Уран і Нептун виявилися кам’яними світами.
За матеріалами phys.org
