Внутри Урана и Нептуна вода превращается в нечто совершенно неожиданное

Фото: NASA

Суперионная вода образуется только в самых экстремальных условиях, когда температура достигает тысяч градусов Цельсия, а давление — миллионов атмосфер. В этих условиях вода переходит в необычное состояние, в котором атомы кислорода образуют твердый каркас, в то время как ионы водорода свободно перемещаются по структуре. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, пишет SciTechDaily.

Почему суперионная вода важна для гигантских планет?

Поскольку эта фаза позволяет электрическому току течь так эффективно, ученые связывают суперионную воду с необычными магнитными полями Урана и Нептуна. Считается, что эти ледяные планеты содержат огромное количество воды глубоко внутри. Это повышает вероятность того, что суперионная вода может быть наиболее распространенной формой воды в Солнечной системе.

Загадка структуры странной воды

Суперионная вода ранее была создана во время лабораторных экспериментов. Но ученые не до конца понимали ее внутреннее строение. Более ранние исследования предполагали, что атомы кислорода могут организовываться в одну из двух кубических структур: там, где атом расположен в центре каждого куба, или там, где атомы расположены на гранях куба.

Новые эксперименты показали, что реальность гораздо сложнее. Вместо того, чтобы создавать единую упорядоченную структуру, суперионная вода содержит смесь центрированных кубических областей и шестиугольных слоев. В последних атомы расположены плотно в повторяющихся шестиугольных структурах. Когда различные расположения атомов пересекаются, они создают структурные нарушения. Вместо упорядоченной решетки атомы кислорода образуют гибридную и неупорядоченную последовательность, которую можно обнаружить только с помощью мощных лазеров.

Ученые провели два эксперимента с помощью мощных лазеров. Исследователи сжали воду до давления, превышающего 1,5 миллиона атмосфер, и нагрели ее до нескольких тысяч градусов Цельсия. При этом были получены изображения атомной структуры суперионной воды с высокой точностью.

Что это открытие показывает о воде и ледяных планетах?

Полученные результаты точно соответствуют результатам современных компьютерных симуляций и показывают, что суперионная вода может принимать множество структурных форм. Такое поведение аналогично поведению обычного льда, который существует во многих кристаллических структурах в зависимости от температуры и давления.

По словам ученых, вода, несмотря на свою кажущуюся простоту, продолжает демонстрировать сложное поведение в экстремальных условиях. Результаты исследования также предоставляют важные ограничения для улучшения моделей внутренней структуры ледяных гигантских планет, которые, как считается, широко распространены во Вселенной.

Карпова Рада
Журналист ARDinform