Oamenii de știință au creat gheață mai fierbinte decât lava, la 2.357°C, care ar putea dezlega misterul planetelor Uranus și Neptun
Adaugă-ne ca sursă preferată în Google
Urmărește Libertatea in Google Discover
O echipă de fizicieni a reușit să reproducă în laborator condiții apropiate de cele din interiorul planetelor Uranus și Neptun și să observe o formă neobișnuită de apă, numită gheață superionică. La cea mai ridicată temperatură din experiment, proba a ajuns la aproximativ 2.357°C și a rămas într-o stare care păstrează caracteristici ale unui solid. Descoperirea a fost publicată în revista științifică Physical Review Letters, iar cercetătorii spun că noua structură observată ar putea ajuta la înțelegerea interiorului giganților de gheață Uranus și Neptun și, posibil, a câmpurilor lor magnetice neobișnuite.
Cuprins:
- Cum poate exista gheață la peste 2.000°C
- Este și solidă, și asemănătoare unui lichid
- Apa a fost strivită între două diamante
- Au descoperit o structură pe care până acum o aveau mai ales pe hârtie
- Cercetătorii s-ar putea să o fi creat și înainte, fără să știe
- Noua gheață ar putea schimba modelele interiorului planetelor Uranus și Neptun
Cum poate exista gheață la peste 2.000°C
Secretul nu este temperatura, ci presiunea uriașă. În condiții obișnuite pe Pământ, apa încălzită la asemenea temperaturi nu ar putea rămâne gheață. Cercetătorii au supus însă probe microscopice de apă unor presiuni de peste două milioane de ori mai mari decât presiunea atmosferică de la suprafața Pământului.
În experiment s-a ajuns până la 229 de gigapascali, adică aproximativ 2,3 milioane de atmosfere, și la o temperatură de 2.630 Kelvin, echivalentul a aproximativ 2.357°C. În aceste condiții extreme, apa începe să se comporte într-un mod foarte diferit față de ceea ce vedem în viața de zi cu zi.
Este și solidă, și asemănătoare unui lichid
Gheața superionică nu seamănă cu un cub de gheață scos din congelator. În această stare exotică, atomii de oxigen formează o rețea cristalină rigidă, caracteristică unui solid. În același timp, nucleele de hidrogen, practic protonii, se pot deplasa prin această structură. Rezultatul este o stare neobișnuită a materiei, cu o parte a structurii fixă și cu particule de hidrogen care se mișcă prin ea.
Tocmai această mobilitate a protonilor face ca gheața superionică să poată conduce electricitatea și să fie importantă pentru modelele care încearcă să explice ce se petrece în interiorul planetelor gigantice de gheață. Potrivit ScienceAlert, existența unor asemenea forme ale apei fusese anticipată teoretic înainte de a putea fi observată în aceste condiții extreme.
Apa a fost strivită între două diamante
Experimentul a fost condus de fizicianul Alexis Forestier, de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică, CEA. Cercetătorii au introdus apă ultrapură într-o celulă cu nicovală de diamant. Dispozitivul folosește vârfurile a două diamante pentru a comprima o probă minusculă la presiuni enorme. În același timp, apa a fost încălzită cu ajutorul laserelor.
Experimentul s-a desfășurat la European Synchrotron Radiation Facility din Franța, unde oamenii de știință au folosit fascicule de raze X pentru a vedea cum erau aranjați atomii din proba comprimată. Proba ajunsese să aibă un diametru de numai aproximativ 12 micrometri.
Au descoperit o structură pe care până acum o aveau mai ales pe hârtie
Cercetătorii urmăreau modul în care se organizează atomii de oxigen din gheața superionică. Era deja cunoscută o structură numită cubică cu fețe centrate, prescurtat fcc. În cadrul noului experiment a fost observată însă clar și o structură hexagonală compactă, hcp, prevăzută anterior de studiile teoretice. Diferența dintre cele două ține de felul în care sunt așezate straturile de atomi. La presiuni și temperaturi mai reduse, cercetătorii au observat un amestec între cele două structuri.
Pe măsură ce presiunea și temperatura au crescut, semnătura structurii hexagonale a devenit tot mai puternică. La 219 gigapascali și 2.630 Kelvin, aproximativ 2.357°C, structura hcp domina clar, în timp ce semnalul corespunzător formei fcc aproape dispăruse. Studiul arată că, la presiuni de peste 200 de gigapascali și temperaturi de peste 1.800 Kelvin, forma hcp devine predominantă odată cu intrarea gheții în regimul superionic.
Cercetătorii s-ar putea să o fi creat și înainte, fără să știe
Descoperirea a venit și cu o surpriză. După ce au identificat noua structură, oamenii de știință s-au întors la datele obținute într-un experiment mai vechi. Acolo exista un semnal de difracție pe care nu reușiseră să-l identifice. Noile rezultate sugerează că și acel semnal, observat la presiuni de peste 130 de gigapascali, provenea probabil tot de la gheața cu structură hexagonală.
Cu alte cuvinte, cercetătorii ar fi putut produce această formă de gheață și înainte, fără să știe exact ce aveau în față.
Noua gheață ar putea schimba modelele interiorului planetelor Uranus și Neptun
Experimentul nu a fost făcut doar pentru a demonstra cât de ciudat se poate comporta apa. Condițiile reproduse în laborator sunt relevante pentru ceea ce oamenii de știință cred că se întâmplă în adâncul planetelor Uranus și Neptun. Cele două sunt cunoscute drept giganți de gheață, iar interiorul lor ar putea conține cantități mari de apă aflate la temperaturi și presiuni uriașe. Voyager 2 a descoperit, când a trecut pe lângă Uranus în 1986, că planeta are un câmp magnetic foarte diferit de cel al Pământului. Axa câmpului magnetic este puternic înclinată față de axa de rotație, iar câmpul nu pare să fie centrat în mijlocul planetei. Când aceeași sondă a trecut pe lângă Neptun în 1989, a găsit o configurație asemănătoare.
Una dintre ipotezele analizate de cercetători este că astfel de câmpuri magnetice ar putea avea legătură cu straturile de materiale conductoare aflate în interiorul planetelor, iar gheața superionică este unul dintre candidați. Structura hexagonală observată acum ar putea avea proprietăți de conducție și proprietăți mecanice diferite față de forma de gheață superionică studiată anterior și ar putea să explice modul în care sunt generate câmpurile lor magnetice. Autorii studiului precizează că tranziția dintre structura cubică și cea hexagonală din gheața superionică poate avea implicații pentru modelele planetare ale celor doi giganți de gheață.
