Зовнішні планети нашої Сонячної системи, Уран і Нептун, є багатими водою газовими гігантами. Ці планети мають екстремальний тиск, який у 2 мільйони разів перевищує земну атмосферу. У них також гаряче всередині, як поверхня сонця. За цих умов вода демонструє екзотичні фази льоду високої щільності.
Дослідники нещодавно спостерігали одну з цих фаз, яка називається Ice XIX, вперше використовуючи потужні лазери для відтворення необхідних екстремальних умов. Вони виміряли структуру Ice XIX за допомогою приладу Matter at Extreme Conditions на Linac Coherent Light Source, піонерській рентгенівській лазерній установці, щоб показати, що атоми кисню упаковуються в об’ємноцентровану кубічну структуру, тоді як атоми водню рухаються вільно, як рідини, різко підвищуючи провідність. Їх стаття була опублікована в Scientific Reports.
«Вояджер II», космічний корабель НАСА для дослідження сонячної системи, запущений у 1977 році, виміряв надзвичайно незвичайні магнітні поля навколо Урана та Нептуна. Вчені розглядали екзотичні стани так званого суперіонного льоду як можливе пояснення через підвищену електропровідність цих станів. Ця робота демонструє існування раніше не відкритої фази Ice XIX. Це показує, що ця фаза може утворитися на правильних глибинах і допоможе пояснити магнітні дані Voyager II.
Вода, сполука, яка всюдисуща в нашій сонячній системі і необхідна для життя, демонструє надзвичайно складну фазову діаграму тиск-температура з 18 уже ідентифікованими фазами кристалічного льоду. Ніде щільні фази льоду не є настільки важливими, як у надрах таких газових гігантів, як Уран і Нептун. Вчені припускають, що складні магнітні поля цих планет створюються екзотичними станами високого тиску водяного льоду з суперіонними властивостями. Однак структуру льоду в таких екстремальних умовах, як відомо, складно виміряти.
Використовуючи інструмент Matter at Extreme Conditions у когерентному джерелі світла Linac, надшвидкому рентгенівському лазері з вільними електронами та користувальницькій установі Управління науки Міністерства енергетики (DOE), для дослідження структури льоду під час динамічного стиснення, керованого лазером, дослідники виявили перше пряме свідчення нової фази надгарячого водяного льоду високої щільності.
При 200 ГПа (2 мільйони атмосфер) і 5000 K (8500°F) ця нова фаза льоду під високим тиском, яка називається Ice XIX, має об’ємноцентровану кубічну (BCC) структуру решітки. Хоча інші структури вважаються стабільними в цих умовах, структура BCC Ice XIX дозволить збільшити електропровідність набагато глибше всередині крижаних гігантів, ніж вважалося раніше.
Результати дають важливе та переконливе походження багатополярних магнітних полів, виміряних космічним кораблем «Вояджер II» для Урана та Нептуна.