Тайният „черен лед“ в Уран и Нептун разкрит: Суперионната вода променя науката

Суперионната вода – тайната в ядрата на ледените гиганти

Горещият и свръхплътен „черен лед“, който се крие дълбоко в ядрата на ледените гиганти Уран и Нептун, вероятно е ключът към необичайните им магнитни полета. Това съобщава ScienceAlert, позовавайки се на ново научно изследване, публикувано в списание Nature Communications.

Екстремни условия и непозната форма на водата

Дълбоко в недрата на тези гигантски планети налягането и температурите достигат стойности, невъзможни за естествено наблюдение на Земята. Именно там водата преминава в състояние, познато като суперионна вода – горещ, екстремно плътен „лед“ с тъмен, почти черен цвят.

В това състояние кислородните атоми образуват твърда кристална решетка, докато водородните йони се движат свободно. Тази динамичност позволява на материала да провежда електрически ток – ключов фактор за формирането на магнитни полета.

Хаотична структура вместо идеална решетка

Ново изследване, извършено от учени от Националната ускорителна лаборатория SLAC в САЩ, показва, че структурата на суперионната вода е значително по-хаотична от очакваното. Това откритие може да даде отговор на въпроса защо магнитните полета на Уран и Нептун са толкова различни от тези на останалите планети.

Теориите, които не съвпадаха с реалността

По-ранни модели предполагаха, че кислородните атоми образуват стабилна кубична решетка. Макар и логичен от гледна точка на физиката на твърдите тела, този модел не успяваше да обясни реалните данни, получени от космическите наблюдения.

Данните от „Вояджър 2“ и голямото противоречие

Още през 80-те години космическият апарат „Вояджър 2“ регистрира магнитни полета около Уран и Нептун, които бяха силно наклонени спрямо оста на въртене и показваха необичайна нехомогенност. Това поведение не бе типично за планети с подобни размери и маса, което дълго време оставаше загадка.

Как учените възпроизвеждат ядрата на планетите

За да разрешат противоречието, изследователите създават в лаборатория условия, сравними с тези в планетарните ядра. Те компресират водна проба между диамантени наковални до налягане от около 1,8 милиона атмосфери, след което я нагряват с лазери до 2500 келвина.

Само за фемтосекунди веществото е облъчено с рентгенови импулси, което позволява да се „заснеме“ структурата му непосредствено преди разрушаването ѝ.

Изненадващият резултат: смес от структури

Вместо една единна кристална решетка, учените откриват смес от различни кристални структури, които съществуват едновременно и се припокриват. Преминаванията между тях са били размиващи се и изключително динамични.

Според авторите на изследването именно тази сложна вътрешна организация поражда нестабилни електрически токове, които създават странните магнитни полета, наблюдавани около Уран и Нептун.

Значение за екзопланетите и Вселената

Макар лабораторните експерименти да са траели само миг и да не възпроизвеждат напълно условията в ядрата на ледените гиганти, те предоставят ценна информация за физиката на тези загадъчни светове.

Тъй като ледените гиганти са сред най-разпространените типове екзопланети, учените смятат, че суперионната вода може да бъде една от най-често срещаните форми на вода във Вселената – факт, който променя представите ни за строежа на планетите и условията в космоса.