Pronađen čudan oblik leda koji se topi samo na ekstremno visokim temperaturama

Foto: Pixabay

Molekuli čija svojstva poznajemo na jedan način u unutrašnjosti planeta pod ekstremnim uslovima mogu imati sasvim drugačija svojstva kakva nismo ni mogli da pretpostavimo. Pre pet godina naučnici su po prvi put u laboratorijskim uslovima kreirali ovaj "egzotični" led nazvan superjonski led, a pre četiri godine potvrdili su njegovo postojanje i kristalnu strukturu, piše Science alert.

Preporučujemo

Prošle godine istraživači na nekoliko univerziteta u Sjedinjenim Državama i istraživačkog centra Stenford linearnog akceleratora u Kaliforniji (SLAC) otkrili su novu fazu superjonskog leda.

Njihovo otkriće produbljuje naše razumevanje zašto Uran i Neptun imaju tako neuobičajena magnetna polja sa više polova. Mi znamo da je voda jednostavan molekul koji se sastoji od jednog atoma kiseonika povezanog sa dva atoma vodonika koji se učvršćuju kada se voda zamrzne.

Superjonski led je neobično drugačiji, a ipak može biti među najzastupljenijim oblicima vode u Univerzumu. Pretpostavlja se da ispunjava ne samo unutrašnjost Urana i Neptuna već i sličnih egzoplaneta.

Ove planete imaju ekstremne atmosferske pritiske dva miliona puta veće od Zemljine, a unutrašnjost je vruća kao površina Sunca u kojima se voda neuobičajeno ponaša.

Naučnici su 2019. godine potvrdili ono što su fizičari predvideli još 1988. godine a to je struktura u kojoj su atomi kiseonika u superjonskom ledu zaključani u čvrstu kubnu rešetku, dok se jonizovani atomi vodonika otpuštaju prolazeći kroz tu rešetku poput elektrona kroz metale.

To daje superjonskom ledu njegova provodna svojstva. Takođe podiže tačku topljenja tako da smrznuta voda ostaje čvrsta na visokim temperaturama.

U okviru eksperimenta najnovije studije fizičarka Arijana Glison sa Univerziteta Stenford je sa svojim kolegama bombardovala tanke komadiće vode, stisnute između dva dijamantska sloja, neverovatno moćnim laserima.

Uzastopni udarni talasi podigli su pritisak na 200 GPa (2 miliona atmosfera) i temperature do oko 5.000 K (8.500 °F) – toplije od temperatura eksperimenata iz 2019. godine, ali pri nižim pritiscima.

- Nedavna otkrića egzoplaneta nalik Neptunu bogatih vodom zahtevaju detaljnije razumevanje faznog dijagrama [vode] u uslovima pritiska i temperature relevantnim za njihove planetarne unutrašnjosti - objašnjava Glison i saradnici u svom radu iz januara 2022.

Difrakcija rendgenskih zraka je tada otkrila vruću i gustu kristalnu strukturu leda uprkos tome što su uslovi pritiska i temperature održavani samo delić sekunde.

Dobijeni obrasci difrakcije potvrdili su da su kristali leda zapravo nova faza koja se razlikuje od superjonskog leda uočenog 2019. godine. Novootkriveni superjonski led, Led XIX, ima prostorocentričnu kristalnu rešetku i povećanu provodljivost u poređenju sa svojim prethodnikom iz 2019, Ledom XVIII.

Provodljivost je ovde važna jer pokretne naelektrisane čestice stvaraju magnetna polja. Ovo je osnova teorije dinamo koja opisuje kako konvekcijski elektroprovodljivi fluidi, kao što je zemljin omotač ili unutrašnjost drugog nebeskog tela, generišu magnetna polja.

Kada bi veći deo unutrašnjosti ledenih divova u tipu Neptuna zauzimala gusta kašasta supstanca, a manje tečnost koja se kovitla, to bi promenilo vrstu proizvedenog magnetnog polja.

Glison sa kolegama ističe da ako bi takva planeta imala ispod površine, ka jezgru, dva superjonska sloja različite provodljivosti kakve bi i Neptun mogao da sadrži onda bi magnetno polje koje generiše spoljašnji tečni sloj delovalo na drugačiji način sa svakim od njih, čineći stvari još neobičnijim.

Glison i kolege zaključuju da bi poboljšana provodljivost sloja superjonskog leda sličnog Ledu XIX podstakla stvaranje nestabilnih, multipolarnih magnetnih polja poput onih koja izviru sa Urana i Neptuna.

Ova najnovija ispitivanja potvrđuju rezultate do kojih je došla svemirska sonda Vojadžer 2, lansirana 1977. godine. Pre više od trideset godina ona je proletela pored dva ledena giganta našeg Sunčevog sistema i izmerila njihova veoma neobična magnetna polja. Studija je objavljena u Scientific Reports.

(Telegraf Nauka/ Science alert)