Виявили невідомий раніше стан речовини всередині Урана та Нептуна

Усередині Урана та Нептуна може існувати стан речовини, якого досі ніхто не спостерігав. Дослідники Інституту Карнегі змоделювали, як під шаленим тиском і за надвисокої температури атоми вуглецю і водню утворюють структуру з унікальними властивостями — і це може пояснити давню загадку цих планет.

Деталізована інфографіка, що показує модель гексагональної сполуки CH (вуглець-водень) на тлі поверхні та планети Нептун. Схема містить підписи українською мовою, які пояснюють будову молекули, що складається із зовнішніх спіралей вуглецю та внутрішніх спіралей водню в суперіонному стані.
Ілюстрація нової сполуки CH, яка, за даними досліджень, існує всередині Урана та Нептуна. Джерело: The Carnegie Institute

Модель замість експерименту

Вчені давно знають: крижані гіганти всередині зовсім не схожі на те, що підказує назва. Замість звичайного льоду там вирує густа гаряча суміш води, аміаку та метану під тиском у мільйони разів вищим, ніж на поверхні Землі. Відтворити такі умови в лабораторії практично неможливо — більшість матеріалів просто не витримають.

Науковці Інституту Карнегі підійшли до задачі з боку квантової механіки — побудували симуляцію «з нуля», не спираючись на спрощені моделі. За їхніми розрахунками, за тиску понад 1100 гігапаскалів (це більш ніж у 11 млн разів вищий за земний) вуглець і водень утворюють стійку сполуку з незвичною структурою: атоми вуглецю фіксуються у тверду ґратку, закручену спіраллю — наче мікроскопічні гвинтові сходи.

Подія в Києві на перетині мистецтва, космосу та технологій! Дізнатися більше

Рідина всередині твердого тіла

За температур від 1000 до 3000 Кельвінів ця структура переходить у так званий суперіонний стан. Звучить складно, але суть проста: одні атоми залишаються «замороженими» у твердій ґратці, тоді як інші течуть крізь неї, як рідина. У суперіонному льоді — особливому стані води за надвисокого тиску — так поводяться протони водню: вони рухаються крізь нерухомий каркас з атомів кисню.

У новій сполуці ситуація інакша: тверду основу утворює вуглець, а атоми водню переміщуються вздовж спіральних «сходів». Вбік вони майже не рухаються, натомість обертаються. Саме ця асиметрія руху змусила дослідників виділити явище в окремий тип і назвати його квазіодновимірним суперіонним станом, першим подібним у науці.

Зв’язок із магнітними аномаліями

Традиційні моделі припускали, що суперіонні речовини всередині цих планет однаково добре проводять тепло й електрику в усіх напрямках. Але нова сполука поводиться інакше: уздовж осі спіралі вона добре проводить тепло й електрику, в перпендикулярних напрямках — набагато слабше. Ця асиметрія властивостей — так звана анізотропія — може краще відповідати реальним спостережуваним даним.

Вуглецево-водневе середовище, яке вивчали науковці, — це лише приблизна модель справжньої хімії надр крижаних гігантів. Проте навіть такий підхід дозволяє зрозуміти, як поводиться речовина в екстремальних умовах, недосяжних для жодної лабораторії на Землі.

Джерело: sciencealert.com

Новини інших медіа
Супутник MAGIC може давати попередження про космічні бурі за 3 години до їхнього початку
Світи біля зорі Барнарда виявилися ворожими до життя
Білі карлики поруч із Сонцем знайшли після десятиліть пошуків
Італійський стартап випробує лазерну передачу енергії на орбіті
Orion зістикується зі Starship та Blue Moon у межах місії Artemis III
Недооцінка руйнівної сили сонячних бур: помилка стривожила фізиків NASA
Новий аналіз астероїда спростовує стару теорію вимирання динозаврів
Чому Тета Еридана в давнину була яскравішою: вчені розгадали загадку таємничої зорі
На Марсі знайшли сліди космічних бомбардувань тривалістю в мільйони років
Астрономи помилялися щодо кількості срібла у складі Сонця