By 
Дивні речі відбуваються всередині планет, де звичні матеріали піддаються надзвичайному тиску та теплу. Атоми заліза, ймовірно, танцюють у твердому внутрішньому ядрі Землі, а гарячий, чорний, важкий лід – який і твердий, і рідкий водночас – ймовірно утворюється в багатих водою газових гігантах Урані та Нептуні. П’ять років тому вчені вперше відтворили цей екзотичний лід, який називають суперіонним льодом, у лабораторних експериментах; і чотири роки тому вони підтвердили його існування та кристалічну структуру.
Потім минулого року дослідники з кількох університетів Сполучених Штатів і лабораторії Стенфордського центру лінійних прискорювачів у Каліфорнії (SLAC) виявили нову фазу суперіонного льоду. Їхнє відкриття поглиблює наше розуміння того, чому Уран і Нептун мають такі безладні магнітні поля з кількома полюсами.
З нашого земного оточення вас пробачили б, якби ви подумали, що вода — це проста молекула у формі ліктя, що складається з одного атома кисню, з’єднаного з двома атомами водню, які займають фіксоване положення, коли вода замерзає. Суперіонічний лід дивним чином відрізняється, і все ж він може бути однією з найпоширеніших форм води у Всесвіті – вважається, що він заповнює не тільки надра Урана, Нептуна, але й подібні екзопланети.
Ці планети мають надзвичайний тиск, який у 2 мільйони разів перевищує земну атмосферу, а внутрішня частина така ж гаряча, як поверхня Сонця – ось тут вода стає дивною.
У 2019 році вчені підтвердили те, що фізики передбачили ще в 1988 році : структуру, в якій атоми кисню в суперіонному льоду замкнені у твердій кубічній решітці, тоді як іонізовані атоми водню вивільняються, протікаючи крізь цю ґратку, як електрони через метали. Це надає суперіонному льоду його провідні властивості. Він також підвищує температуру плавлення, тому заморожена вода залишається твердою при температурах, що утворюються у вигляді пухирців.
У цьому останньому дослідженні фізик Аріанна Глісон зі Стенфордського університету та її колеги бомбардували тонкі смуги води, затиснуті між двома алмазними шарами, неймовірно потужними лазерами. Послідовні ударні хвилі підняли тиск до 200 ГПа (2 мільйони атмосфер) і температуру приблизно до 5000 K (8500 °F) – вище, ніж температури експериментів 2019 року, але при нижчому тиску.
«Нещодавні відкриття багатих водою екзопланет, подібних до Нептуна, вимагають більш детального розуміння фазової діаграми [води] в умовах тиску та температури, що відповідають їхнім надрам планети», — пояснюють Глісон та його колеги у своїй статті від січня 2022 року.
Тоді рентгенівська дифракція виявила кристалічну структуру гарячого щільного льоду, незважаючи на те, що тиск і температура зберігалися лише частку секунди.
Отримані дифракційні картини підтвердили, що кристали льоду насправді були новою фазою, відмінною від суперіонного льоду, який спостерігали у 2019 році. Нещодавно відкритий суперіонний лід, Ice XIX, має об’ємно- центровану кубічну структуру та підвищену провідність порівняно зі своїм попередником з 2019 року, Ice XVIII. .
Тут важлива провідність, оскільки рухомі заряджені частинки створюють магнітні поля. Це є основою теорії динамо, яка описує, як збиваючі провідні рідини, такі як мантія Землі або всередині іншого небесного тіла, породжують магнітні поля. Якби більша частина нутрощів крижаного гіганта, схожого на Нептун, була зайнята кашоподібною твердою речовиною, а менша — закрученою рідиною, тоді це змінило б тип створюваного магнітного поля.
І якби в центрі цієї планети було два суперіонних шари з різною провідністю, як припускають Глісон і його колеги, міг міститися Нептун, то магнітне поле, створене зовнішнім рідким шаром, взаємодіяло б з кожним із них по-різному, роблячи речі ще дивнішими.
Глісон і його колеги прийшли до висновку, що підвищена провідність шару суперіонного льоду, подібного до льоду XIX, сприятиме утворенню хитких багатополярних магнітних полів, подібних до тих, що виходять від Урана та Нептуна.
Якщо так, то це буде задовільний результат через понад 30 років після того, як космічний зонд НАСА «Вояджер II», запущений у 1977 році, пролетів біля двох крижаних гігантів нашої Сонячної системи та виміряв їхні надзвичайно незвичні магнітні поля. Джерело
Comments