В лаборатории воспроизвели суперионный лед из недр планет-гигантов
Ученые Аргоннской Национальной лаборатории (США, шт. Иллинойс) в лабораторных условиях воспроизвели суперионный лед, каковой, предположительно, находится в недрах планет вроде Нептуна. Причина образования такого льда – не низкая температура, а сверхвысокое давление.
Каплю воды сжали между алмазными наковальнями при температуре выше 6000 градусов.
На синхротроне был создан пучок рентгеновского излучения, который рассеялся на кристаллической решетке образца и показал расположение атомов. Ученые смогли точно определить, при каких условиях вода перешла в суперионное состояние. Удалось составить карту фазовых переходов воды при высоких температурах и давлении от 20 до 150 гигапаскалей.
В суперионной воде (также называется суперионный лед, или лед XVIII) молекулы воды распадаются, и ионы кислорода кристаллизуются в равномерно распределённую решётку, в то время как ионы водорода свободно перемещаются внутри кислородной решётки.
Суперионное состояние было достигнуто при давлении 20 гигапаскалей, что в 2,5 раза меньше, чем предсказывала теория. Также эксперимент показал, что при переходе в эту фазу плотность воды уменьшилась. Из-за того, что атомы водорода перемещаются внутри кристаллической решетки, видимый свет с трудом проходит сквозь нее, и суперионная вода выглядит черной.
Если ядро планеты-гиганта действительно состоит из суперионного льда, свободное перемещение водорода может играть большую роль в создании у планеты магнитного поля, которое защищает ее от заряженных космических частиц.