Учёные получили в эксперименте новую форму воды – сверхионный лёд, возможно, существующий в глубинах других планет

Лёд, жидкость и пар – всем известные агрегатные состояния воды. Однако в зависимости от условий, вода может переходить в различные состояния числом более десяти. Недавно учёные нашли ещё одно: сверхионный лёд.

Такой лёд формируется при чрезвычайно большой температуре и давлении – такие условия, например, существуют в недрах Нептуна и Урана. До этого сверхионный лёд получали на очень малый промежуток времени, отправляя ударные волны через каплю воды. Теперь же учёные нашли надёжный способ получать, поддерживать и изучать такой лёд. Работа с его описанием опубликована в журнале Nature Physics.

По словам соавтора исследования Виталия Пракапенка, профессора из Чикагского университета и одного из сотрудников проекта APS, вода перешла в эту фазу неожиданно для всех. Учёные ожидали, что это будет возможно только при гораздо большем давлении. Зато они смогли точно описать свойства этого льда благодаря нескольким новым инструментам.
Чтобы получить на Земле условия, близкие к экстремальным, учёные использовали APS -Advanced Photon Source, источник синхротронного излучения третьего поколения в Аргоннской национальной лаборатории. Этот ускоритель разгоняет электроны до околосветовых, благодаря чему возникают яркие рентгеновские лучи. Затем образец зажимается между двумя алмазами – а это одно из самых твёрдых веществ – для получения высокого давления, после чего обстреливается лазерами, лучи которых проходят через алмазы, чтобы поднять его температуру. После этого через образец пропускают рентгеновские лучи, и на основании их рассеяния на атомах образца делаются выводы о его атомной структуре.

После первого прогона эксперимента Пракапенка, получив данные о структуре образца, столкнулся совсем не с тем, что ожидал увидеть. Он даже подумал, что эксперимент пошёл не так, и произошла какая-то нежелательная химическая реакция. Но после выключения лазера и остывания образца лёд вернулся в первоначальное состояние. По словам Пракапенка, из этого следует, что это было обратимое структурное изменение, а не химическая реакция.

Оказалось, что учёные получили новое фазовое состояние воды. Пракапенка предлагает представить себе куб, решётку из атомов кислорода, соединённых по углам водородом. При переходе в сверхионную фазу решётка расширяется, и атомы водорода получают возможность мигрировать, в то время как кислород остаётся на месте. Получается что-то вроде жёсткой кислородной решётке в океане из атомов водорода.

В результате уменьшается плотность льда и его способность пропускать свет. Но все свойства этого состояния ещё только предстоит изучить.

Неожиданность для учёных состояла в том, что по теоретическим выкладкам подобная фаза не должна была появиться при давлениях, меньших 50 ГПа (примерно такое давление возникает внутри космической ракеты при горении топлива). Однако в эксперименте учёные дошли только до 20 ГПа.

Точное понимание условий, при которых проявляются различные фазы льда, поможет нам понять процессы формирования планет и искать признаки жизни на других планетах. Свойства таких льдов влияют на магнитные поля планет, что, в свою очередь, сильно влияет на способность планеты поддерживать жизнь. К примеру, магнитное поле Земли защищает нас от космического излучения, в отличие от Марса и Меркурия. Зная условия, влияющие на формирование магнитного поля, учёным будет легче искать планеты в других звёздных системах, на которых могла появиться жизнь.

Читайте так же:

  • 7 полезных инструментов на Haskell7 полезных инструментов на Haskell ВступлениеHaskell это чистый функциональный язык программирования общего назначения со статической типизацией и ленивыми вычислениями. Появился в 1990 году и был назван в честь Хаскелла Карри. На данный момент основной реализацией является компилятор GHC.Мы в Typeable очень любим этот […]
  • Взять и собрать DAW — помогут эти инструментыВзять и собрать DAW — помогут эти инструменты В прошлый раз мы говорили о библиотеках для отрисовки графических интерфейсов плагинов DAW. Сегодня покажем пару программных инструментов, которые позволят настроить полноценную цифровую звуковую станцию.Фотография: Adi Goldstein. Источник: Unsplash.comVСV Rack Это — модульный синтезатор […]
  • Куда пойти учиться: SEO-аудит в 2021 году и Data driven marketingКуда пойти учиться: SEO-аудит в 2021 году и Data driven marketing Команда SEOnews В ближайшие семь дней узнаем, что изменилось в SEO-аудите в 2021 году. И как эффективно работать с данными для роста продаж. А также выясним, как повысить продажи, не привлекая новых пользователей. Как создать интернет-магазин с нуля и запустить магазин на […]
  • Отчет Nikkei: Apple планирует перейти на собственные 5G-модемы для будущих iPhoneОтчет Nikkei: Apple планирует перейти на собственные 5G-модемы для будущих iPhone Nikkei Asia сообщило о том, что Apple налаживает партнерские отношения с TSMC для производства собственных 5G-чипов. На данный момент модемы для купертиновцев производит компания Qualcomm и часть денежных средств уходит на выплаты за использовании технологии в гаджетах.Согласно […]