Ученые впервые обнаружили новую кристаллическую структуру суперионного льда. Это необычное состояние воды, которое, предположительно, существует глубоко внутри Урана и Нептуна. Открытие позволит точнее понять строение этих планет и процессы, связанные с их специфическими магнитными полями.
Свойства суперионного льда
Суперионный лед существенно отличается от обычного. При экстремальном давлении и высокой температуре атомы кислорода образуют твердую кристаллическую решетку, в то время как ядра водорода свободно перемещаются внутри нее. Благодаря этому вещество одновременно обладает свойствами твердого тела и жидкости, а также хорошо проводит электрический ток.
Условия эксперимента
Для получения такого льда в лаборатории группа под руководством Алексиса Форестье из французского Комиссариата по атомной и альтернативной энергетике использовала алмазную наковальню. Микроскопические образцы воды разместили между двумя алмазами, что позволило создать давление до 230 ГПа — более чем в два миллиона раз выше атмосферного на Земле. Одновременно образцы нагревали лазерами до температуры свыше 1800 К, что соответствует примерно 1527 °C.
Исследование полученного вещества провели с помощью рентгеновского излучения на Европейском центре синхротронного излучения. Результаты показали, что при давлении выше 200 ГПа и температуре около 1800 К атомы кислорода выстраиваются в гексагональную плотноупакованную решетку.
Значение для астрофизики
Ранее считалось, что в подобных условиях суперионный лед имеет гранецентрированную кубическую структуру. Новые эксперименты доказали, что при дальнейшем повышении давления вещество перестраивается и переходит из кубической фазы в гексагональную.
Это открытие важно для изучения Урана и Нептуна. Предполагается, что значительная часть их глубоких слоев находится в суперионном состоянии. Поскольку разные кристаллические структуры обладают отличными электрическими и механическими свойствами, переход между ними способен влиять на внутренние процессы планет.
Особый интерес представляет роль суперионного льда в формировании магнитных полей Урана и Нептуна. Они сильно отличаются от земного и имеют необычную геометрию. Высокая электропроводность суперионного льда указывает на его возможное участие в создании этих полей.
