Zagadkowe planety zewnętrznego układu słonecznego mogą zawierać dziwną formę lodu wodnego, który jest jednocześnie cieczą i ciałem stałym. Teraz naukowcy stworzyli tę dziwną „wodę superionową” tutaj na Ziemi.
powiązana zawartość
- Może padać na diamenty wewnątrz Neptuna i Urana
- Nowa burza tak wielka, jak Ziemia porusza atmosferę Neptuna
Eksperyment dodaje wagi teorii, że lód superionowy, który przewodzi elektryczność tak jak metal, może wyjaśnić krzywe pola magnetyczne Urana i Neptuna. Naukowcy opisują swoje odkrycia w badaniu opublikowanym w tym tygodniu w czasopiśmie Nature Physics.
Jak podaje Kenneth Chang dla T on New York Times, woda jest zwodniczo prostą cząsteczką złożoną z zaledwie trzech atomów: dwóch atomów wodoru i tlenu połączonych ze sobą w kształcie litery V. Kiedy wiele cząsteczek wody łączy się, ich struktura zbiorowa może się zmieniać w zależności od tego, w jakim są stanie. W cieczy Vs przesuwają się wokół. Podczas zamrażania łączą się w krystalicznej sieci, która jest bardziej przestronna, stąd tendencja lodu do rozszerzania się.
Badacze badający właściwości strukturalne wody odkryli prawie 20 różnych form kryształów lodu, z cząsteczkami wody ułożonymi w konfiguracjach od nieuporządkowanej przez heksagonalną do sześciennej. (Na szczęście żadna z nich nie ma właściwości zabójczych i zamarzających w oceanie fikcyjnej Lodowej Dziewiątki wymyślonej przez Kurta Vonneguta dla Cat's Cradle .)
Jak pisze Change, molekuły wody superionowego lodu są tak ciasno upakowane, że ich atomy tlenu tworzą sztywną sieć. Atomy wodoru, niosąc ładunek dodatni, mogą przez niego swobodnie przepływać. Płynące jony wodoru mogą również przenosić prąd elektryczny.
„To tak, jakby lód wodny był częściowo stopiony”, powiedział The New York Times Raymond Jeanloz, jeden z autorów artykułu i profesor nauk o ziemi i planetologii na University of California w Berkeley.
Według informacji prasowej z laboratorium Jeanloz i jego koledzy skompresowali lód wodny między dwoma diamentami w Lawrence Livermore National Laboratory do 25 000 razy większego nacisku na Ziemię. Lód pod presją odbył następnie przelot samolotem w bagażu podręcznym, aby dotrzeć do Laboratorium Energetyki Laserowej University of Rochester w Nowym Jorku. Sześć intensywnych wiązek laserowych wystrzeliło impuls próbki światła ultrafioletowego do próbki, wysyłając fale uderzeniowe, które dalej kompresowały i podgrzewały substancję.
Emily Conover pisze dla Science News, że przy ciśnieniu atmosferycznym około 1, 9 miliona razy większym niż atmosferyczny, zaobserwowano gwałtowny wzrost gęstości i temperatury. Ta zmiana jest dowodem, że próbka stopiła się, podobnie jak obliczenia teoretyczne przewidywałyby, że był to lód superioniczny. Próbka przewodziła również prąd.
Lodowi giganci Uran i Neptun mogą nosić w płaszczach lód superioniczny, zjawisko generujące pola magnetyczne wyglądające inaczej niż generowane w jądrze planety, podobnie jak sytuacja na Ziemi, pisze Chang dla New York Times.
Eksperyment może mieć również implikacje bliższe domu. Jeanloz mówi The Times, że superioniczny lód może prowadzić do nowych materiałów. „Gdy zaczyna się sprawdzanie tego rodzaju prognoz, daje to nadzieję, że można zacząć myśleć o projektowaniu nowych materiałów” - mówi - „gdzie powiesz mi, jakich właściwości chcesz, a ktoś może teraz użyć komputera, aby dowiedzieć się, jakiego rodzaju materiału, jakie elementy należy złożyć i jak trzeba je spakować, aby uzyskać te właściwości. ”
