Французские физики создали суперионный лед с ранее неизвестной кристаллической структурой при давлении 230 гигапаскалей и температуре свыше 2300 °C. Открытие поможет объяснить аномальные магнитные поля Урана и Нептуна.
Источник: «Mail.ru Hi-Tech».
Автор Hi-Tech Mail
Физики из Французской комиссии по альтернативным видам энергии и атомной энергии (CEA), Национального центра научных исследований (CNRS) и Сорбоннского университета сообщили о первом экспериментальном наблюдении нового типа суперионного льда. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Суперионный лед — это экзотическая фаза воды, существующая при чрезвычайно высоких давлениях и температурах. В отличие от обычного льда, атомы кислорода в нем сохраняют упорядоченную кристаллическую решетку, тогда как атомы водорода движутся почти свободно — как в жидкости. Такое состояние, по мнению ученых, существует в глубинах Урана и Нептуна.
Команда под руководством физика Алексиса Форестье зажала крошечный образец воды между алмазными наконечниками, создав давление до 230 гигапаскалей — около 2,3 миллиона атмосфер. Параллельно образец разогревали лазерами до 2630 кельвинов (около 2360 °C). Структуру вещества анализировали синхротронными рентгеновскими лучами на установке Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле.
До этого эксперимента ученые знали лишь об одной упорядоченной форме суперионного льда — гранецентрированной кубической (fcc): атомы кислорода в ней выстроены по кубической схеме. Новые опыты показали, что при нарастании давления и температуры этот лед переходит в другую конфигурацию — гексагональную плотноупакованную (hcp), где слои атомов кислорода укладываются в другой последовательности. При 219 гигапаскалях и 2630 кельвинах сигнал fcc почти исчез, а hcp стала доминирующей. Существование такой фазы теоретики предсказывали заранее, однако экспериментально ее зафиксировали впервые.
Открытие дает новый ключ к разгадке аномальных магнитных полей Урана и Нептуна. У обеих планет магнитные полюса сильно смещены относительно оси вращения — это нетипично для других планет Солнечной системы. Ученые связывают такое поведение с потоками проводящей жидкости в мантии, где разные фазы суперионного льда формируют неоднородные электрические течения. Точные данные о том, при каких условиях возникает каждая из фаз, теперь помогут планетологам точнее моделировать внутреннее устройство этих планет.
Ранее мы рассказывали, что Уран и Нептун, вопреки давним представлениям, оказались каменными, а не ледяными гигантами.
