Naukowcy zbadali lód we wnętrzach Urana i Neptuna

Lód superjonowy może występować głęboko we wnętrzach Urana i Neptuna, gdzie panują ekstremalne temperatury i ciśnienie. Badacze odtworzyli takie warunki w laboratorium, aby lepiej poznać jego niezwykłe właściwości i zachowanie.

Lód we wnętrzach lodowych olbrzymów

.Astronomowie wskazują, że głęboko we wnętrzach planet takich jak Neptun i Uran znajduje się lód. W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Alexisa Forestiera z French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) odtworzyli w laboratorium ekstremalne warunki, w których występuje, aby ustalić, jaką przyjmuje formę oraz jak się zachowuje. Analizy te mogą pomóc lepiej zrozumieć niezwykłe pola magnetyczne oraz głębokie warstwy wnętrz tych odległych światów. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Physical Review Letters”.

Jak twierdzą naukowcy, na tych planetach lód nie przypomina tego występującego na powierzchni Ziemi. Pod wpływem ogromnego ciepła i ciśnienia przechodzi w niezwykły stan znany jako lód superjonowy. Atomy tlenu tworzą stałą sieć, podczas gdy jądra wodoru swobodnie przemieszczają się przez nią niczym ciecz, dzięki czemu materiał może przewodzić prąd elektryczny. Badacze wiedzieli już, że taki gorący, przewodzący lód istnieje, ale nie znali jego dokładnej struktury krystalicznej.

Ekstremalne warunki zbadane w laboratorium

.Aby to ustalić, umieścili jego niewielkie próbki między dwoma niezwykle twardymi diamentami w urządzeniu zwanym komorą diamentową. Następnie podgrzali uwięziony lód za pomocą laserów do temperatury przekraczającej 1520 stopni Celsjusza. Poddali go również ciśnieniu sięgającemu 230 gigapaskali, czyli ponad 2 miliony razy większemu niż ciśnienie atmosferyczne na Ziemi.

Niezwykłe właściwości lodu

.Analizy badaczy wykazały, że atomy tlenu ułożyły się w sześciokątny wzór znany jako heksagonalne upakowanie (hexagonal close-packed – hcp). Powyżej 200 gigapaskali i 1520 stopni Celsjusza struktura ta stała się dominującą fazą lodu superjonowego, zastępując fazę o strukturze regularnej centrowanej na ścianach (face-centered cubic – fcc).

Zdaniem naukowców badania te mogą pomóc lepiej zrozumieć, co dzieje się głęboko we wnętrzach lodowych olbrzymów Układu Słonecznego. W przypadku planet takich jak Uran i Neptun lód superjonowy jest uznawany za jeden z czynników, które mogą mieć związek z powstawaniem ich niezwykłych pól magnetycznych. Ponieważ struktura heksagonalna może mieć inne właściwości elektryczne i mechaniczne niż struktura regularna centrowana na ścianach, odkryta przemiana między tymi strukturami może mieć znaczenie dla modeli wnętrz Urana i Neptuna.

Emil Gołoś