Fyzici konečne vytvorili čudný „superionický ľad“, ktorý by mohol existovať na cudzích svetoch

Umelcovo zobrazenie cudzieho sveta (SCIEPRO/Science Photo Library/Getty Images)

Zostrelenie kvapky vody pomocou jedného z najvýkonnejších laserov na svete nemusí byť samozrejmým spôsobom výroby kocky ľadu. Ale je to jeden spôsob, aspoň ak chcete taký ľad, ktorý by ste mohli nájsť hlboko vo vnútri planetárnych obrov.

Vedci už desaťročia vedia o exotických formách ľadu, ale vediapodarilo len nedávnovytvoriť niektoré zextrémnejšie odrody v laboratóriu.

Nová štúdia vedcov z Chicagskej univerzity a Carnegie Institution of Washington v USA nedávno držala kvapku vody v diamantovej rukoväti, zvýšila tlak a varila ju laserom, aby zistila, ako zamrzne na „nadión“. štát.



Teoreticky povedané, superiónový ľad je usporiadanie molekúl vody ako mriežka atómov kyslíka obklopená bazénom nestálych vodíkov, ktoré jednoducho nestoja. Technicky je to ľad, ale ako kvapalina a tuhá látka v jednom.

Je to tiež druh ľadu, ktorý sa nevytvára pri nízkych teplotách, ale pri extrémnom tlaku. Zamyslite sa nad úrovňou tlaku, ktorý sa prirodzene vytvára hlboko, hlboko pod zemou alebo ešte lepšie v blízkosti jadra masívnych planét, ako je Neptún.

Zatiaľ čo modely predpovedajú niektoré z podmienok, za ktorých by sa táto fáza vody mala objaviť, sú trochu nejasné, pokiaľ ide o presné teploty.

Jadrom problému je otázka týkajúca sa niečoho, čo sa nazýva trojitý bod – kombinácia tlaku a teploty, pri ktorej je látka na pokraji topenia, tuhnutia a sublimácie.

Aby to bolo ešte komplikovanejšie, môže sa líšiť aj druh pevnej štruktúry, do ktorej sa môže voda usadiť. Ľadprichádza v mnohých podobách, záležiac ​​nausporiadania a pohybyjeho základných prvkov.

Experimenty by mohli pomôcť určiť cestu charakteristických zmien medzi kvapalnými a superiónovými stavmi, ale doteraz bolo získanie spoľahlivého súboru výsledkov skutočnou výzvou, pričom pozorovania podľa rôznych metód nesúhlasili o stovky stupňov.

Zvyčajne musí byť vzorka vody vystavená tlaku najmenej 50 gigapascalov – pol milióna násobku sily, ktorú práve zažívate pod zemskou atmosférou – a potom musí byť zahriata vysokovýkonným laserom, aby ste videli niečo významné.

Laboratórne nastavenie. (Vitali Prakapenka)

Takže keď sa tím fyzikov z ministerstva energetiky Advanced Photon Source (APS) pustil do stláčania vody vo vnútri diamantového zveráka na relatívne miernych 20 gigapascalov, neočakávali veľa.

„Bolo to prekvapenie – všetci si mysleli, že táto fáza sa neobjaví, kým nebudete pod oveľa vyšším tlakom, než kde sme ju prvýkrát našli,“ hovorí geofyzik Vitali Prakapenka z University of Chicago.

'Ale boli sme schopní veľmi presne zmapovať vlastnosti tohto nového ľadu, ktorý predstavuje novú fázu hmoty, vďaka niekoľkým výkonným nástrojom.'

So vzorkou superiónového ľadu na mieste bol tím schopný použiť urýchľovač APS na vytvorenie lúča röntgenových lúčov; keď sú rozptýlené mimo vzorky ľadu, tieto röntgenové lúče indikujú polohy jeho atómov.

To im umožnilo zmerať, kedy voda prešla špecifickými fázovými prechodmi, keď sa podmienky zmenili, a opísať kroky, ktoré sú potrebné na premenu na superiónový ľad.

Dokázali zvýšiť tlak vo svojej diamantovej nákove a zahriať ju na 6500 stupňov Kelvina, čo im umožnilo zmapovať stabilitu dvoch fázových zmien ľadu pri vysokých teplotách od 20 až po 150 gigapascalov.

Kvôli spôsobu, akým sa vodíky pohybujú vo vnútri exotického ľadu, viditeľné svetlo len ťažko prechádza, takže vyzerá ako čierne.

Tento bzukot atómov vodíka prúdiacich cez kyslíkovú mriežku by mohol mať vplyv aj na okolité elektromagnetické pole a možno dokonca zohrávať úlohu pri vytváraní vlastnej ochrannej magnetosféry planéty.

Len sa začíname učiť, ako sa pohybujú našeoceány planétyachémia jeho plášťamajú jemný vplyv na magnetizmus nášho sveta. Ak sa dozvieme, ako pôsobí exotický ľad, môže nám to pomôcť ďalej vylepšiť naše modely.

Čo to môže znamenať pre mimozemské svety alebo dokonca pre našu vlastnú planétu, si vyžaduje oveľa viac skúmania.

'Je to nové stav hmoty , takže v podstate funguje ako nový materiál a môže sa líšiť od toho, čo sme si mysleli,“ hovorí Prakapenka.

Tento výskum bol publikovaný v r Prírodná fyzika .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.