Čudne stvari se dešavaju unutar planeta, gde su poznati materijali izloženi ekstremnim pritiscima i toploti.
Atomi gvožđa verovatno plešu unutar čvrstog unutrašnjeg jezgra Zemlje, a vrući, crni, teški led – koji je i čvrst i tečan u isto vreme – verovatno se formira unutar gasnih divova bogatih vodom, Urana i Neptuna.
Pre pet godina, naučnici su rekonstruisali ovaj egzotični led, nazvan superjonski led, po prvi put u laboratorijskim eksperimentima; a pre četiri godine potvrdili su njegovo postojanje i kristalnu strukturu.
Prošle godine, istraživači na nekoliko univerziteta u Sjedinjenim Državama i laboratoriji Stanford Linear Accelerator Center u Kaliforniji (SLAC) otkrili su novu fazu superjonskog leda.
Njihovo otkriće produbljuje naše razumevanje zašto Uran i Neptun imaju tako neuobičajena magnetna polja sa više polova.
Iz našeg zemaljskog okruženja, bilo bi vam oprošteno ako mislite da je voda jednostavan molekul u obliku lakta koji se sastoji od jednog atoma kiseonika povezanog sa dva vodonika koji se postavljaju u fiksni položaj kada se voda zamrzne.
Superjonski led je neobično drugačiji, a ipak može biti među najzastupljenijim oblicima vode u Univerzumu – pretpostavlja se da ispunjava ne samo unutrašnjost Urana, Neptuna, već i slične egzoplanete.
Ove planete imaju ekstremne pritiske od 2 miliona puta veći od Zemljine atmosfere, a unutrašnjost je vruća kao površina Sunca – gde voda postaje čudna.
Naučnici su 2019. godine potvrdili ono što su fizičari predvideli još 1988. godine: strukturu u kojoj su atomi kiseonika u superjonskom ledu zaključani u čvrstu kubnu rešetku, dok se jonizovani atomi vodonika oslobađaju, prolazeći kroz tu rešetku poput elektrona kroz metale.
Ovo daje superjonskom ledu njegova provodna svojstva. Takođe podiže tačku topljenja tako da smrznuta voda ostaje čvrsta na visokim temperaturama.
U ovoj najnovijoj studiji, fizičarka Arijana Glison sa Univerziteta Stanford i kolege bombardovale su tanke komadiće vode, stisnute između dva dijamantska sloja, vrlo moćnim laserima.
Uzastopni udarni talasi podigli su pritisak na 200 GPa (2 miliona atmosfera) i temperature do oko 5.000 K (8.500 °F) – toplije od temperatura eksperimenata iz 2019. godine, ali pri nižim pritiscima.
„Nedavna otkrića egzoplaneta nalik Neptunu bogatih vodom zahtevaju detaljnije razumevanje faznog dijagrama [vode] u uslovima pritiska i temperature relevantnim za njihove planetarne unutrašnjosti“, objašnjavaju Glison i kolege u svom radu iz januara 2022.
Difrakcija rendgenskih zraka je tada otkrila vruću, gustu kristalnu strukturu leda, uprkos tome što su uslovi pritiska i temperature održavani samo delić sekunde.
Dobijeni obrasci difrakcije potvrdili su da su kristali leda zapravo nova faza različita od superjonskog leda uočenog 2019. Novootkriveni superjonski led, Ice XIX, ima kubičnu strukturu usredsređenu na telo i povećanu provodljivost u poređenju sa prethodnikom iz 2019, Ice KSVIII. .
Provodljivost je ovde važna jer pokretne naelektrisane čestice stvaraju magnetna polja. Ovo je osnova teorije dinamo-a, koja opisuje kako bušenje provodnih tečnosti, kao što je Zemljin omotač ili unutar drugog nebeskog tela, izazivaju magnetna polja.
Kada bi više unutrašnjosti ledenog giganta nalik Neptunu zauzela kašasta čvrsta supstanca, a manje tečnost koja se kovitla, to bi promenilo vrstu proizvedenog magnetnog polja.
A ako je prema svom jezgru ta planeta imala dva superjonska sloja različite provodljivosti, kao što Glison i kolege sugerišu da bi Neptun mogao da sadrži, onda bi magnetno polje koje generiše spoljašnji tečni sloj delovalo na drugačiji način sa svakim od njih, čineći stvari još čudnijim.
Gleason i kolege zaključuju da bi poboljšana provodljivost sloja superjonskog leda sličnog Ice XIX podstakla stvaranje nestabilnih, multipolarnih magnetnih polja poput onih koja izviru sa Urana i Neptuna.
Ako je tako, to bi bio zadovoljavajući rezultat više od 30 godina nakon što je NASA-ina svemirska sonda Voiager II, lansirana 1977. godine, proletela pored dva ledena giganta našeg Sunčevog sistema i izmerila njihova veoma neobična magnetna polja.
