Oamenii de știință au reușit să recreate în laborator o formă exotică de apă, denumită gheață superionică, ce poate exista la temperaturi de peste 1.500°C și sub presiuni de peste un milion de ori mai mari decât cea atmosferică. Descoperirea ar putea explica câmpurile magnetice neobișnuite ale planetelor Uranus și Neptun, potrivit unui studiu publicat în Physical Review Letters.
Gheața superionică, condiții extreme și structură nouă
Un grup de cercetători condus de Alexis Forestier, de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică, a efectuat experimente cu apă ultrapură într-o celulă cu diamante pentru a reproduce condițiile din interiorul planetelor gazoase. Mostra a avut aproximativ 12 micrometri și a fost supusă presiunilor între 80 și 229 gigapascali, în timp ce a fost încălzită cu laserul până la circa 2.357°C.
În aceste condiții, s-a observat pentru prima dată o structură hexagonală a gheții superionice, confirmând predicțiile teoretice anterioare. La temperaturi peste 1.527°C și presiuni peste 160 GPa, materialul a suferit o transformare de la o configurație cubică către una hexagonală, cunoscută ca hcp (hexagonal close-packed). La peste 200 GPa și 1.800 Kelvin, această fază devine predominantă în experiment.
Caracteristici unice ale gheții superionice și impactul asupra modelelor planetare
Noțiunea de „gheață” capătă noi sens în aceste condiții, pentru că atomii de oxigen formează o rețea cristalină relativ rigidă, în timp ce protonii de hidrogen se deplasează aproape ca într-un lichid. Materialul prezintă caracteristici de solid și lichid simultan, fiind denumit „superionic”.
Cercetătorii au observat că, la temperaturi de peste 1.527°C și presiuni mai mari de 160 GPa, structura se poate transforma din cea cubică în cea hexagonală. La peste 200 GPa și 1.800 K, fasele superionice devin mai stabile și dominante în încercări.
Implicații pentru câmpurile magnetice ale planetei Uranus și Neptun
Descoperirea poate ajuta la explicarea câmpurilor magnetice neobișnuite ale uranianului și neptunului, caracterizate prin înclinație semnificativă față de axa de rotație și lipsa de centrație în interiorul planetelor. În prezent, aceste câmpuri se consideră a fi generate de fața de deasupra nucleului, mai aproape de suprafață, într-un strat de apă extrem de fierbinte.
Protonii din rețeaua de oxigen ar putea contribui la generarea câmpurilor magnetice, datorită proprietăților lor de conductivitate ionică în structura hexagonală. Modelele planetare vor trebui să ia în calcul aceste noi proprietăți ale gheții superionice pentru a explica cum se formează și mențin aceste câmpuri magnetice complexe.
Întregul studiu vădește potențialul unui nou tip de material extrem, care poate fi prezent în interiorul planetelor de gheață, influențând în mod direct înțelegerile asupra dinamicii magnetice și structurale a acestora.
