Ученые выяснили неожиданный факт об суперионном льде на Уране и Нептуне

Слой суперионного льда может быть ответственным за создание магнитных полей планет ледяных гигантов, таких как Уран и Нептун. Новая работа ученых из Научного института Карнеги и Центра перспективных источников излучения Чикагского университета раскрывает условия, при которых образуются два таких суперионных льда.

Новое исследование было опубликовано в Nature Physics.

Всем известно, что молекулы воды состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода - H2O. Поскольку условия, в которых существует вода, меняются, это влияет на организацию и свойства этих молекул. Мы можем наблюдать это в нашей повседневной жизни, как жидкая вода превращается в пар или лед.

Молекулы, составляющие обычный лед, расположены в кристаллической решетке, удерживаемой вместе водородными связями между атомами водорода и кислорода. Водородные связи очень универсальны. Это означает, что лед может существовать в поразительном разнообразии различных структур - по крайней мере, 18 известных форм - которые возникают во все более экстремальных условиях окружающей среды.

Особый интерес представляет так называемый суперионный лед, образующийся при очень высоких давлениях и температурах, в котором традиционные связи молекул воды смещены, позволяя молекулам водорода свободно «плавать» в решетке кислорода. Эта подвижность делает лед почти так же способным проводить электричество, как и металлический материал.

Наблюдения за горячим суперионным льдом, созданным в лаборатории, привели к противоречивым результатам, и было много разногласий по поводу точных условий, при которых появляются новые свойства.

«Исследовательская группа, возглавляемая Виталием Пракапенко из Чикагского университета, намеревалась использовать несколько спектроскопических инструментов для картирования изменений в структуре и свойствах льда в условиях, в 1,5 млн. раз превышающих нормальное атмосферное давление и около 11 200 градусов по Фаренгейту» , - пояснил Александр Гончаров из Карнеги.

Сделав это, ученые, в том числе Николас Холтгреу, ранее работавший в Карнеги, теперь работающий в Управлении по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов Сент-Луиса, и Сергей Лобанов, ранее работавший в Карнеги, а теперь работающий в Немецком исследовательском центре геолого-геофизических исследований GFZ, смогли точно определить возникновение двух форм суперионного льда, одна из которых, как они предполагают, может быть найдена в недрах планет ледяных гигантов Урана и Нептуна.

«Чтобы исследовать структуру этого уникального состояния материи в очень экстремальных условиях - нагретых лазером и сжатых между двумя алмазами - мы использовали высокоэнергетический синхротронный рентгеновский луч усовершенствованного источника фотонов, который был сфокусирован примерно до 3 микрометра, что в 30 раз меньше, чем один человеческий волос», - сказал Пракапенко, объясняя работу, проделанную с использованием лучевой линии GSECARS.

«Эти эксперименты настолько сложны, что нам пришлось провести несколько тысяч из них за 10 лет, чтобы получить достаточно высококачественных данных, чтобы решить давнюю загадку поведения льда при высоком давлении и высокой температуре в условиях, характерных для планеты-гиганта. интерьеры», - доюавил он.

«Моделирование показало, что магнитные поля этих двух планет генерируются в тонких жидких слоях, обнаруженных на относительно небольших глубинах. Проводимость суперионного льда могла бы обеспечить этот тип генерации поля, и одна из двух структур, которые мы обнаружили, могла существовать в условиях, обнаруженных в этих зонах генерации магнитного поля», - заявил Гончаров.

Ученые отметили, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять проводящие свойства и вязкость этих ледяных фаз в условиях внутренней части ледяного гиганта.

Ранее Курсор писал, что ученые заявили, что за Нептуном может существовать еще одна Земля. Подтвердить теорию или опровергнуть ее получится только с помощью новых телескопов, которые сегодня находятся на этапе строительства.

Стало известно, что NASA запустит миссию к Нептуну в 2031 году. НАСА планирует запустить разведывательный аппарат к далекой от Солнца планете Нептун в течение 10 лет.

Курсор также сообщал, что астрономы зафиксировали погодные аномалии на Нептуне и Уране. Ученые хотят отправить на Уран и Нептун орбитальные зонды, чтобы подтвердить новую теорию.