Физики создали «суперионный лед», который может существовать на других планетах

Стрельба по капле воды одним из самых мощных лазеров в мире может быть не очевидным способом сделать кубик льда. Но действенным, если вам нужен лед, который находится глубоко внутри планетных гигантов.

Ученые знали об экзотических формах льда на протяжении десятилетий, но только недавно им удалось создать некоторые из наиболее экстремальных разновидностей льда в лаборатории.

Теоретически суперионный лед — это структура молекул воды в виде решетки из атомов кислорода, окруженная пулом непостоянного водорода. Технически это лед, но как жидкость и твердое тело в одном.

Это также вид льда, который образуется не при низких температурах, а при экстремальном давлении. Подумайте об уровне давления, которое естественным образом формируется глубоко под землей или, что еще лучше, около ядра массивных планет, таких как Нептун.

Хотя модели предсказывают некоторые условия, при которых должна появиться эта фаза воды, они немного расплывчаты, когда речь идет о точных температурах.

Образец воды необходимо поместить под давлением не менее 50 гигапаскалей — в полмиллиона раз больше силы, которую вы испытываете сейчас под атмосферой Земли, — а затем нагреть с помощью мощного лазера, чтобы приблизиться к чему-либо значительному.

Получив образец суперионного льда, команда смогла использовать ускоритель APS для генерации пучка рентгеновских лучей; при рассеянии от образца льда эти рентгеновские лучи указывают на положение его атомов.

Это позволило им определить, когда вода претерпела определенные фазовые переходы при изменении условий, и описать шаги, которые необходимо предпринять, чтобы превратиться в суперионный лед.

Они смогли увеличить давление в алмазной наковальне и нагреть его до 6500 градусов Кельвина, что позволило им составить карту стабильности двух фазовых переходов льда при высоких температурах от 20 до 150 гигапаскалей.

Из-за того, как водород перемещается внутри льда, видимый свет с трудом проходит сквозь него, делая его черным.

Движение атомов водорода, протекающих через решетку кислорода, также может влиять на окружающее электромагнитное поле и, возможно, даже играть роль в формировании собственной защитной магнитосферы планеты.

Мы только начинаем понимать, как движение океанов нашей планеты и химический состав ее мантии тонко влияют на магнетизм нашего мира. Изучение того, как экзотический лед также подталкивает нас, может помочь нам в дальнейшей настройке наших моделей.

Что это может означать для инопланетных миров или даже для нашей собственной планеты, требует гораздо большего исследования.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Physics.