Чому у Нептуна та Урана дивне магнітне поле – вчені розповіли про гарячий темний лід
Вода в ядрах крижаних гігантів переходить у фазу, яка не спостерігається на Землі.
Тиск і температура всередині ядер крижаних гігантів настільки екстремальні, що вода в них переходить у фазу, яка не спостерігається на Землі. Відома як “суперіонна вода”, ця форма води являє собою різновид льоду. Але, на відміну від звичайного льоду, він гарячий і чорний, повідомляє Science Alert.
Протягом десятиліть вчені вважали, що саме суперіонна вода в ядрах Нептуна і Урана відповідальна за незвичайні, несиметричні магнітні поля, які спостерігалися космічним апаратом “Вояджер-2” під час прольоту повз них. У новому дослідженні Леон Андріамбаріярон і його співавтори з Національної прискорювальної лабораторії SLAC і Сорбонни розповіли, як цей лід викликає такі дивні магнітні поля. За їхніми словами, все складніше, ніж будь-хто очікував.
У школі більшість учнів вивчають чотири фази речовини: тверда, рідка, газоподібна і плазма. Але за надзвичайно високих тисків і температур вода може існувати в суперіонній фазі, яка, хоча й виглядає як тверда речовина, насправді являє собою форму кристалічної решітки. Ця решітка утворена атомами кисню, тоді як атоми водню вільно переміщаються по решітці, проводячи електрику.
Вчені давно припускали, що решітка атомів кисню в суперіонній воді утворює “ідеальний” кристал, з атомами або в центрі куба – конфігурація, відома як об’ємно-центрований кубічний (ОЦК), – або на гранях куба (гранецентрований кубічний). Обидва варіанти забезпечують чіткі, добре окреслені ребра, які вчені очікують побачити в кристалічній структурі.
Але ці кристалічні решітки погано поєднуються з нерівним, хаотичним магнітним полем, яке спостерігав “Вояджер-2”. Тому вчені вирішили відтворити незвичайну форму води, щоб перевірити теорію.
Вчені проштовхнули зразок води між двома ковадлами, виготовленими з найтвердішої речовини у Всесвіті, і змогли підвищити тиск до 1,8 мільйона атмосфер. Потім вони опромінили зразок імпульсним лазерним світлом, щоб нагріти його приблизно до 2500 Кельвінів. У результаті їм вдалося створити суперіонну воду.
Але щойно вчені знижували тиск або температуру, кристалічна структура руйнувалася. Тому, через кілька трильйонних часток секунди після досягнення цих умов, вони опромінювали зразок рентгенівськими променями.
Сама решітка була сумішшю розмитих ліній, де у різних шарів структури була гранецентрована кубічна структура (ГЦК), а в деяких – зовсім інша структура, відома як гексагональна щільноупакована (ГЩУ).
Коли автори вперше провели свій експеримент у Каліфорнії, ці нечіткі дані виявилися настільки заплутаними, що вони списали це на якусь помилку навколишнього середовища. Тому вони вирішили використати інший прискорювач у Німеччині, щоб усунути потенційне джерело шуму.
Але результати експерименту виявилися такими самими. Тому дослідники зрозуміли, що мають справу не з артефактом довкілля, а реальним станом справ.
У міру продовження експериментів з різними тисками і температурами дослідники також помітили, що в міру зростання тиску з’являються решітки, що перекриваються. Це суперечило теорії про існування чіткої лінії переходу, де структура решітки різко змінювалася б від однієї до іншої.
Це вказує на те, що суперіонна вода – дуже складний матеріал. І вона справді може пояснити незвичайні магнітні поля Урана і Нептуна.
Раніше вчені заявили про те, що Уран і Нептун є не тим, чим вважалося до цього.