Эта странная форма воды может питать магнитные поля гигантских планет
Эксперименты при сверхвысоких давлениях и температурах показали, что суперионная вода имеет более сложную и неупорядоченную атомную структуру, чем считалось, что важно для понимания недр Урана и Нептуна
Короткое резюме
Международная команда учёных с помощью мощнейших рентгеновских лазеров LCLS (США) и European XFEL (Германия) провела высокоточные эксперименты по изучению суперионной воды — экзотического состояния, в котором вода при давлении свыше 1,5 млн атмосфер и температуре в тысячи градусов ведёт себя как твёрдое тело с жидкоподобной подвижностью ионов водорода. Это состояние, как полагают, доминирует в недрах ледяных гигантов (Урана и Нептуна) и может объяснять их необычные магнитные поля. Ранее предполагалось, что атомы кислорода в суперионной воде образуют один из простых кубических кристаллов.
Новые данные опровергли эту гипотезу: оказалось, что структура представляет собой сложную смесь (гибрид) из областей с гранецентрированной кубической решёткой и гексагональной плотной упаковки. Такое сочетание создаёт широкомасштабный структурный беспорядок, а не упорядоченную решётку. Это открытие показывает, что суперионная вода, подобно обычному льду, может существовать в нескольких структурных формах в зависимости от условий, что делает её поведение ещё более сложным и интересным.
Результаты прекрасно согласуются с передовыми компьютерными симуляциями и имеют ключевое значение для уточнения моделей внутреннего строения и эволюции ледяных гигантов, которые являются одним из самых распространённых типов планет во Вселенной. Исследование также демонстрирует, насколько необычной может быть вода — самое простое и распространённое вещество — в экстремальных условиях, недостижимых на Земле.
Сложная гибридная структура суперионной воды
Вопреки ожиданиям, атомы кислорода образуют не простую кубическую решётку, а смешанную структуру из гранецентрированных кубических и гексагональных плотноупакованных областей, что создаёт неупорядоченность
Экспериментальное воссоздание условий ядер планет
Учёные использовали рентгеновские лазеры LCLS и European XFEL для создания беспрецедентных условий (давление >1,5 млн атмосфер, температура >1000 °C) и съёмки атомной структуры с временным разрешением в триллионные доли секунды
Ключ к пониманию магнитных полей ледяных гигантов
Суперионная вода, являясь отличным проводником, считается наиболее вероятным веществом, генерирующим магнитные поля Урана и Нептуна, и может быть самой распространённой формой воды в Солнечной системе
Согласованность с передовым моделированием
Полученные экспериментальные данные отлично совпали с предсказаниями самых современных вычислительных моделей, подтверждая их надёжность
Текст сгенерирован с использованием ИИ
