O formă ciudată de gheață se topește doar la temperaturi extreme

Lucruri ciudate se întâmplă în interiorul planetelor, unde materiale familiare sunt supuse unor presiuni și călduri extreme. Iată cum se comportă o formă ciudată de gheață.

Atomii de fier probabil dansează în nucleul interior solid al Pământului, iar gheața fierbinte, neagră și grea, care este atât solidă, cât și lichidă în același timp, se formează probabil în interiorul giganților gazoși bogați în apă Uranus și Neptun.

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

Acum cinci ani, oamenii de știință au recreat această gheață exotică, numită gheață superionică, pentru prima dată în experimente de laborator; iar în urmă cu patru ani i-au confirmat existența și structura cristalină.

O nouă fază de gheață superionică

Apoi, chiar anul trecut, cercetătorii de la mai multe universități din Statele Unite și de la laboratorul Stanford Linear Accelerator Center din California (SLAC) au descoperit o nouă fază de gheață superionică.

Descoperirea acestei noi forme ciudate de gheață poate dezvălui motivul pentru care plantele Uranus și Neptun au câmpuri magnetice atât de neregulate, cu poli multipli.

Din împrejurimile noastre pământești, am putea crede că apa este o moleculă simplă, în formă de cot, alcătuită dintr-un atom de oxigen legat de doi de hidrogen, care se instalează într-o poziție fixă atunci când apa îngheață.

O formă ciudată de gheață s-ar putea ascunde în interiorul lui Neptun

Gheața superionică este ciudat de diferită și, totuși, poate fi printre cele mai abundente forme de apă din Univers: se presupune că umple nu numai interioarele lui Uranus și Neptun, ci și pe al exoplanetelor similare, notează Science Alert.

Aceste planete au presiuni extreme, de 2 milioane de ori mai mari decât ale atmosferei Pământului, și interioare la fel de fierbinți ca suprafața Soarelui; acestea sunt locuri în care apa devine ciudată.

Oamenii de știință au confirmat în 2019 ceea ce fizicienii au prezis încă din 1988: o structură în care atomii de oxigen din gheața superionică sunt blocați într-o rețea cubică solidă, în timp ce atomii de hidrogen ionizat sunt eliberați, curgând prin acea rețea ca electronii prin metale.

Acest lucru îi conferă gheții superionice proprietățile sale conductoare. De asemenea, îi ridică punctul de topire astfel încât apa înghețată să rămână solidă la temperaturi ridicate.

Experimentele ce au dus la descoperire

În acest studiu recent, fizicianul Arianna Gleason, de la Universitatea Stanford (SUA), și colegii săi au bombardat bucăți subțiri de apă, prinse între două straturi de diamante, cu niște lasere extrem de puternice.

Unde de șoc succesive au crescut presiunea la 200 GPa (2 milioane de atmosfere) și temperaturile până la aproximativ 5.000 K (4.726 °C), mai calde decât temperaturile din experimentele din 2019, dar la presiuni mai scăzute.

„Descoperirile recente de exoplanete asemănătoare lui Neptun bogate în apă necesită o înțelegere mai detaliată a diagramei de fază a apei în condiții de presiune-temperatură relevante pentru interioarele lor planetare”, explică Gleason și colegii lor în lucrarea din ianuarie 2022.

Difracția cu raze X a dezvăluit apoi structura cristalină a gheții fierbinți și dense, în ciuda condițiilor de presiune și temperatură menținute doar pentru o fracțiune de secundă.

Modelele de difracție rezultate au confirmat că cristalele de gheață erau de fapt o nouă fază diferită de gheața superionică observată în 2019. Această formă ciudată de gheață recent descoperită, Ice XIX, are o structură cubică centrată pe corp și o conductivitate crescută în comparație cu predecesorul său din 2019, Ice XVIII.

Ce ne spune această formă ciudată de gheață despre câmpurile magnetice?

Conductibilitatea este importantă aici, deoarece particulele încărcate în mișcare generează câmpuri magnetice. Aceasta este baza teoriei dinamului, care descrie modul în care fluidele conductoare agitate, cum ar fi mantaua Pământului sau în interiorul altui corp ceresc, dau naștere la câmpuri magnetice.

Dacă mai mult din interiorul unui gigant de gheață asemănător lui Neptun ar fi preluat de un solid moale și mai puțin de un lichid învolburat, atunci s-ar schimba tipul de câmp magnetic produs.

Și dacă spre miezul său planeta respectivă ar avea două straturi superionice de conductivitate diferită, așa cum sugerează Gleason și colegii că conține Neptun, atunci câmpul magnetic generat de stratul lichid exterior ar interacționa cu fiecare dintre ele în mod diferit, făcând lucrurile și mai ciudate.

Gleason și colegii săi au ajuns la concluzia că conductivitatea îmbunătățită a unui strat de gheață superionică asemănătoare cu Gheața XIX ar promova generarea de câmpuri magnetice multipolare nefaste, precum cele emanate de Uranus și Neptun.

Dacă este așa, acesta ar fi un rezultat satisfăcător la mai bine de 30 de ani după ce sonda spațială Voyager II a NASA, lansată în 1977, a zburat pe lângă cei doi giganți de gheață ai Sistemului Solar și le-a măsurat câmpurile magnetice extrem de neobișnuite.

Studiul a fost publicat în Scientific Reports.

Vă recomandăm să citiți și:

Galaxia noastră se deformează și de vină ar putea fi un eveniment misterios

Test de cultură generală. Care este cea mai apropiată planetă de Soare?

Ce au văzut cercetătorii de la NASA atunci când au deschis capsula OSIRIS-REx cu mostrele de pe asteroidul Bennu?

A fost creată Inteligența Artificială care identifică viața extraterestră cu o precizie de 90%