Странни неща се случват в планетите, където познати материали са подложени на екстремни налягания и топлина.

Железните атоми вероятно присъстват в твърдото вътрешно ядро на Земята, а в богатите на вода газови гиганти Уран и Нептун вероятно се образува горещ, черен, тежък лед, който е едновременно твърд и течен.

Преди пет години учените пресъздадоха този екзотичен лед, наречен свръхсилен лед, за първи път в лабораторни експерименти, а преди четири години потвърдиха неговото съществуване и кристална структура.

След това, едва миналата година, изследователи от няколко университета в САЩ и лабораторията на Станфордския център за линейни ускорители в Калифорния (SLAC) откриха нова фаза на суперйонния лед. Тяхното откритие задълбочава разбирането ни за това защо Уран и Нептун имат толкова нестандартни магнитни полета с множество полюси.

От нашата земна среда би ви било простено да мислите, че водата е проста молекула, съставена от един кислороден атом, свързан с два водородни, които се установяват във фиксирано положение, когато водата замръзне.

Суперйонният лед е странно различен и все пак може да е сред най-разпространените форми на вода във Вселената - предполага се, че изпълва не само вътрешността на Уран и Нептун, но и на подобни екзопланети. Тези планети имат екстремно налягане от 2 милиона пъти по-голямо от това на земната атмосфера и вътрешности, горещи колкото повърхността на Слънцето - именно там водата става странна.

През 2019 г. учените потвърдиха това, което физиците бяха предвидили още през 1988 г.: структура, при която кислородните атоми в суперйонния лед са заключени в твърда кубична решетка, докато йонизираните водородни атоми са пуснати свободно, преминавайки през тази решетка като електрони през метали. Това придава на суперенергийния лед неговите проводящи свойства. Освен това повишава температурата му на топене, така че замразената вода остава твърда при високи температури.

В последното проучване физикът Ариана Глийсън от Станфордския университет и колегите ѝ бомбардират тънки парченца вода, поставени между два диамантени слоя, с изключително мощни лазери.

Последователните ударни вълни повишиха налягането до 200 GPa (2 милиона атмосфери) и температурите до около 5000 K (8500 °F) - по-горещи от температурите при експериментите през 2019 г., но при по-ниски налягания.

"Последните открития на богати на вода екзопланети, подобни на Нептун, изискват по-подробно разбиране на фазовата диаграма на водата при условия на налягане и температура, които са от значение за вътрешността на планетите им", обясняват Глийсън и колегите ѝ в статията си от януари 2022 г.

След това рентгеновата дифракция разкрива кристалната структура на горещия, плътен лед, въпреки че условията на налягане и температура се поддържат само за част от секундата.

Получените дифракционни модели потвърдиха, че ледените кристали всъщност са нова фаза, различна от свръхвисокия лед, наблюдаван през 2019 г. Новооткритият свръхйонен лед, Ice XIX, има телесноцентрирана кубична структура и повишена проводимост в сравнение с предшественика си от 2019 г., Ice XVIII.

Проводимостта е важна тук, защото движещите се заредени частици генерират магнитни полета. Това е в основата на теорията за динамото, която описва как разбъркването на проводящи флуиди, като например земната мантия или вътрешността на друго небесно тяло, поражда магнитни полета.

Ако по-голямата част от вътрешността на ледения гигант, подобен на Нептун, е заета от кашесто твърдо вещество, а по-малката - от завихряща се течност, това би променило вида на създаваното магнитно поле. А ако в ядрото си планетата има два свръхпроводящи слоя с различна проводимост, както предполагат Глийсън и колегите ѝ, тогава магнитното поле, генерирано от външния течен слой, би взаимодействало с всеки от тях по различен начин, което би направило нещата още по-странни.

Учените стигат до заключението, че повишената проводимост на слой свръхйонен лед, подобен на Ice XIX, би спомогнала за генерирането на странни, многополюсни магнитни полета като тези, излъчвани от Уран и Нептун. Ако това е така, резултатът би бил задоволителен повече от 30 години след като космическата сонда на NASA "Вояджър II", изстреляна през 1977 г., прелетя покрай двата ледени гиганта на Слънчевата система и измери техните изключително необичайни магнитни полета.

Снимка: Unsplash

Виж още: Официално: учените потвърдиха състава на лунното ядро