Zvláštna forma ľadu sa topí len pri extrémne vysokých teplotách

Vo vnútri planét, kde sú známe materiály vystavené extrémnym tlakom a teplu, sa dejú zvláštne veci. V plynných obroch Uráne a Neptúne, bohatých na vodu, sa pravdepodobne tvorí horúci, čierny, ťažký ľad, ktorý je zároveň pevný aj kvapalný. Pred piatimi rokmi vedci tento exotický ľad, nazývaný superiónový ľad, po prvýkrát vytvorili v laboratórnych experimentoch a pred štyrmi rokmi potvrdili jeho existenciu a kryštalickú štruktúru. A minulý rok vedci z niekoľkých univerzít v Spojených štátoch a laboratória Stanford Linear Accelerator Center v Kalifornii (SLAC) objavili novú fázu superiónového ľadu.

Ich objav prehlbuje naše poznatky o tom, prečo majú Urán a Neptún také neštandardné magnetické polia s viacerými pólmi. Superiónový ľad je odlišný od bežného pozemského ľadu, a predsa môže patriť medzi najrozšírenejšie formy vody vo vesmíre. Predpokladá sa, že vypĺňa nielen vnútro Uránu, Neptúna, ale aj podobných exoplanét. Tieto planéty majú extrémny tlak, ktorý je 2 milióny krát vyšší ako atmosféra Zeme, a ich vnútro je horúce ako povrch Slnka. A práve tam sa voda stáva čudnou.

Vedci v roku 2019 potvrdili štruktúru, v ktorej sú atómy kyslíka v superiónovom ľade uzamknuté v pevnej kubickej mriežke, zatiaľ čo ionizované atómy vodíka sú voľné a prúdia touto mriežkou ako elektróny kovmi. Vďaka tomu má superiónový ľad vodivé vlastnosti. Zvyšuje to aj jeho teplotu topenia, takže zmrznutá voda zostáva pevná aj pri teplotách okolo bodu mrazu. V najnovšej štúdii fyzička Arianna Gleasonová zo Stanfordovej univerzity a jej kolegovia bombardovali tenké kúsky vody, vložené medzi dve diamantové vrstvy, veľmi silnými lasermi.

Postupné rázové vlny zvýšili tlak na 200 GPa (2 milióny atmosfér) a teplotu až na približne 5000 K (4727 °C). Difrakcia röntgenového žiarenia potom odhalila kryštálovú štruktúru horúceho hustého ľadu napriek tomu, že podmienky tlaku a teploty sa udržiavali len zlomok sekundy. Výsledné difrakčné vzory potvrdili, že kryštáliky ľadu boli v skutočnosti novým skupenstvom, odlišným od superiónového ľadu pozorovaného v roku 2019.

Novoobjavený superiónový ľad s označením Ice XIX má v porovnaní so svojím predchodcom Ice XVIII z roku 2019 telesovo centrovanú kubickú štruktúru a zvýšenú vodivosť. Vodivosť je tu dôležitá, pretože pohybujúce sa nabité častice generujú magnetické polia. To je základom teórie dynama, ktorá opisuje, ako vírenie vodivých tekutín, napríklad v zemskom plášti alebo vo vnútri iného nebeského telesa, vyvoláva magnetické polia. Keby väčšiu časť vnútra ľadového obra podobného Neptúnu zaberala kašovitá pevná látka a menšiu časť víriaca kvapalina, zmenilo by to druh vytváraného magnetického poľa.

A keby táto planéta mala smerom k jadru dve superiónové vrstvy s rôznou vodivosťou, ako predpokladajú Gleasonová a jej kolegovia, potom by magnetické pole generované vonkajšou tekutou vrstvou vstupovalo do interakcie s každou z nich inak, čo by situáciu ešte viac skomplikovalo. Gleasonová a jej tím dospeli k záveru, že zvýšená vodivosť vrstvy superiónového ľadu podobného Ice XIX by podporovala generovanie zvláštnych, viacpólových magnetických polí, aké vyžarujú z Urána a Neptúna. Štúdia bola uverejnená v časopise Scientific Reports.

Zdroj: sciencealert.com.