Ученые из Ливерморской Национальной лаборатории имени Лоуренса получили и изучили в некоторой мере свойства абсолютно новой формы льда, который состоит из твердой кристаллической решетки кислородных атомов, вокруг узлов которой вращаются протоны. Существование такого вида льда, который имеет название суперионный лед (superionic ice), было предсказано в теории более 30 лет назад и, как предполагается, такой вид льда существует в природе только в ядрах ледяных планет, таких, как Уран.
Молекулы воды представляют собой большой атом кислорода, соединенный с двумя маленькими атомами водорода так, что формула молекулы напоминает латинскую букву V. Когда вода замерзает, молекулы могут формировать большие кристаллические структуры совершенно произвольной формы, конфигурация которых зависит от температуры, давления и прочих условий, при которых происходила кристаллизация. Кристаллическая решетка обычного льда, Ih, состоит из шестигранных структур, образованных молекулами воды. Существуют и другие формы льда, такие, как кубический лед и лед-9 (IX), которые редко, но формируются на Земле при определенных условиях.
Для поучения суперионного льда ученые сжимали молекулы воды при помощи давления, создаваемого между двумя алмазными “наковальнями”. В результате они получили лед-VII, кристаллическая структура которого показана на одном из приведенных ниже снимков. Затем, при помощи импульсов света мощного лазера, ученые создали внутри льда-VII ударные волны, которые создали дополнительное давление, в миллионы раз превышающее нормальное атмосферное давление.
Увеличив силу и скорость создаваемых ударных волн и получив новую форму льда, находящегося между плоскостями алмазных наковален, ученые измерили некоторые характеристики этого вещества. При температуре в диапазоне от 2000 до 5000 Кельвинов этот лед продолжал оставаться кристаллическим телом, но он стал способен проводить электрический ток. Это послужило доказательством того, что им удалось получить одну из форм суперионного льда, в котором кристаллическая решетка состоит из атомов кислорода, а протоны, ядра атомов водорода, способны свободно перемещаться в пределах этой решетки.
Изученные свойства суперионного льда, указывают на то, что “он может сохранять стабильность при чрезвычайных условиях, которые встречаются только в центральных частях ядер таких планет, как Нептун или Уран”. И теперь, зная такие особенности, ученые смогут объяснить некоторые необычные явления, связанные с магнитными полями этих планет.
“Помимо льда в ядрах таких планет, как Нептун и Уран, присутствует достаточно большое количество аммиака и метана” – рассказывает Джонатан Фортни (Jonathan Fortney), ученый из Калифорнийского университета в Санта-Круз, – “В ближайшем будущем мы постараемся выяснить, будет ли существовать стабильный суперионный лед при наличии этих веществ и что произойдет с его свойствами в таком случае. Вполне вероятно, что такой лед может существовать при некоторых других условиях и нам удастся его найти гораздо ближе, чем центральные части внешних ледяных планет Солнечной системы”.