Цивилизация
Используя новый усовершенствованный источник рентгеновского излучения, ученые из Чикагского университета и Института Карнеги в Вашингтоне сумели воссоздать структуру суперионного льда, образующегося в центрах ледяных планет-гигантов, таких как Нептун и Уран. Статья об этом опубликована в журнале Nature Physics.
Суперионный лед, который также называют суперионной водой, или льдом XVIII, — это одна из многочисленных экзотичных форм воды, которых известно уже два десятка. Возможно, это наиболее распространенная из всех водных модификаций во Вселенной, так как она может образовываться внутри ледяных планет-гигантов, однако ряд исследователей все же предполагает, что наличие в составе планет некоторых других элементов, в особенности углерода, может воспрепятствовать образованию подобных агрегатных состояний.
При очень высоких давлении и температуре молекулы воды распадаются на ионы кислорода и водорода, причем кислород при этом выстраивается в подобие кристаллической решетки, а ионы водорода свободно перемещаются внутри нее, позволяя тем самым суперионной воде прекрасно проводить электричество, как и металлы. Экспериментальные доказательства существования суперионной проводимости наблюдались прежде лишь в динамических экспериментах, в то краткое мгновение, когда в зажатой в алмазных тисках водяной капле с помощью лазеров создавалась ударная волна. Это не позволяло надежно выявить структуру новой фазы, имеющей гранецентрированную кубическую симметрию. Однако теперь ученые нашли способ получать относительно стабильный суперионный лед, поддерживать его состояние и исследовать свойства.
Виталий Пракапенка, Николас Холтгрю, Сергей Лобанов и Александр Гончаров использовали для этого источник синхротронного излучения APS (Advanced Photon Source) ускорительного комплекса Аргоннской национальной лаборатории для генерации ярких пучков рентгеновского излучения, нагревающего и сжимающего образцы, помещенные в ячейку между алмазными наковальнями. Выяснилось, что нужное состояние льда возникает не при 50 ГПа, как предполагали ранее, а всего лишь при 20 ГПа, причем это состояние обратимое — в конце эксперимента образец вновь превращается в обычную воду. Полученный суперионный лед выглядит темным, поскольку он иначе, чем обычный лед, взаимодействует со светом, но полный набор его химических и физических свойств еще предстоит изучить.
Необычные свойства этого льда могут играть определяющую роль в генерации магнитных полей у ледяных гигантов, защищая их от энергичных заряженных частиц, подобно Земле, что поможет ученым в поисках жизни на таких планетах и их спутниках в других звездных системах.