Ученые нашли новую форму льда, который тает при очень высоких температурах

Пять лет назад ученые смогли в лабораторных условиях получить новую форму льда, которую назвали суперионным льдом.  Спустя четыре года, им удалось подтвердить его существование и кристаллическую структуру. В прошлом году исследователи из нескольких лабораторий США обнаружили новую фазу суперионного льда, сообщает Science Alert.

Внутри твердого ядра Земли находятся атомы железа. Внутри же богатых водой газовых гигантов, Урана и Нептуна, вероятно, находится горячий, тяжелый черный лед, одновременно и твердый и жидкий.

Новое открытие углубляет существующие знания о том, почему Уран и Нептун обладают такими необычными магнитными полями с несколькими полюсами.

На Земле вода – это молекула, которая состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые занимают фиксированное положение при замерзании. Суперионный лед отличается от этого, но может быть самой распространенной формой льда во Вселенной. Предположительно, он заполняет недра не только Урана и Нептуна, но и экзопланет.

Давление на этих планетах превышает земное примерно в два миллиона раз, а недра такие же горячие, как и поверхность Солнца. И здесь поведение воды имеет свои странности.

В 2019 году ученые подтвердили существование того, что физики предсказали еще в 1988 году: структуру, в которой атомы кислорода в суперионном льду заперты в твердой кубической решетке, в то время как ионизированные атомы водорода высвобождаются, проходя через эту решетку, как электроны через металлы.

Благодаря этому суперинный лед получает свои сверхпроводящие свойства. Это также повышает температуру плавления, из-за чего замороженная вода остается твердой при высоких температурах.

В ходе нового исследования физик Арианна Глисон из Стэнфордского университета и ее коллеги бомбардировали тонкие полоски воды, зажатые между двумя слоями алмаза, невероятно мощными лазерами.

Последовательные ударные волны подняли давление до 200 ГПа (2 миллиона атмосфер), а температуру примерно до 5000 К (4726 градусов Цельсия) — выше, чем температуры экспериментов 2019 года, но при более низких давлениях.

После этого с помощью рентгеновских лучей удалось выявить кристаллическую структуру горячего и плотного льда, несмотря на то, что условия давления и температуры сохранялись лишь в течение доли секунды. Затем ученые подтвердили, что это новая фаза суперионного льда.

По словам исследователей, если бы внутренняя часть ледяного гиганта, подобного Нептуну, была занята мягким твердым льдом, а не вращающейся жидкостью, это изменило бы тип создаваемого магнитного поля.

Если бы к ближе к ядру у планеты было два суперионных слоя с разной проводимостью, то магнитное поле, создаваемое внешним слоем жидкости, взаимодействовало бы с каждым из них по-разному, делая ситуацию еще более странной.

Ученые считают, что повышенная проводимость слоя суперионного льда, будет способствовать генерации шатких, многополярных магнитных полей, подобных тем, которые исходят от Урана и Нептуна.

Ранее ученые заявили о том, что новорожденный Юпитер был настолько ярким и горячим, что облучал четыре своих спутника таким интенсивным светом, что испарял на них воду и лишал их летучих веществ. Это может объяснить странный состав галилеевых спутников планеты.