Durván módosult, forró és fekete jeget fedeztek fel, ami vezeti az áramot

Öt évvel ezelőtt a tudósok először laboratóriumi kísérletekben hoztak létre egzotikus, úgynevezett szuperionos jeget; négy évvel ezelőtt pedig megerősítették ennek létezését és leírták annak kristályos szerkezetét is.

Majd tavaly az Egyesült Államok több egyetemének és a kaliforniai Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) laboratóriumának kutatói ennél is tovább mentek: felfedezték a szuperionos jég új fázisát.

Felfedezésük a ScienceAlert szerint valószínűleg magyarázatot ad arra, hogy az Uránusz és a Neptunusz miért rendelkezik szokatlan, több pólusú mágneses mezőkkel.

Mi itt, a Föld felszínén élve joggal hihetnénk azt, hogy tudjuk, mi az a jég: fagyott víz, amely egy faék egyszerűségű molekula, amely egy oxigénatomból áll, amely két hidrogénatomhoz kapcsolódik, és amelyek rögzített helyzetbe kerülnek, amikor a hőmérséklet 0 Celsius-fok alá esik.

Nos, a szuperionos jég ettől merőben különbözik, ám mégis az Univerzum legelterjedtebb vízformái közé tartozik – feltételezhetően nemcsak az Uránusz és a Neptunusz belsejében van nagy mennyiségben jelen, hanem a hasonló exobolygókéban is.

Az ezeken az égitesteken tapasztalható nyomás a Föld atmoszférájának 2 milliószorosa, a belsejük pedig olyan forró, mint a Nap felszíne – ilyen körülmények közt a víz elkezd nagyon furcsán viselkedni.

A tudósok 2019-ben megerősítették azt, amit a fizikusok már 1988-ban megjósoltak: egy olyan szerkezetet, amelyben a szuperionos jég oxigénatomjai egy szilárd köbös rácsba vannak zárva, miközben az ionizált hidrogénatomok elszabadulnak, és úgy áramlanak a rácson, mint az elektronok a fémekben.

Ez adja a szuperionos jég vezetőképességét. Az olvadáspontját is jócskán megemeli, így a fagyott víz extrém magas hőmérsékleten szilárd marad.

A legújabb kísérletek alkalmával Arianna Gleason, a Stanford Egyetem fizikusa és munkatársai brutálisan erős lézerrel bombáztak két gyémántréteg között elhelyezkedő vékony vízréteget.

Az egymást követő lökéshullámok a nyomást 200 GPa-ra (2 millió atmoszférára), a hőmérsékletet pedig közel 5.000 fokra emelték.

A röntgendiffrakció ezt követően feltárta a forró, fekete, extrémsűrű jég kristályszerkezetét, annak ellenére, hogy az említett nyomás- és hőmérsékletviszonyok csupán a másodperc töredékéig álltak fenn.

Az így kapott diffrakciós mintázatok megerősítették, hogy a jégkristályok elrendeződése valójában egy új fázis, amely különbözik a 2019-ben megfigyelt szuperionos jégtől. Az újonnan felfedezett anyag, az Ice XIX, testközpontú kockaszerkezettel és megnövelt vezetőképességgel rendelkezik elődjéhez képest.

“A vízben gazdag, Neptunusz-szerű exobolygók kapcsán tett legújabb felfedezések megkövetelik a víz fázisdiagramjának részletesebb megértését a bolygók belsejének megfelelő nyomás-hőmérséklet viszonyok között” – magyarázza Gleason 2022 januárjában megjelent cikkében.

A vezetőképesség itt azért fontos, mert a mozgó töltött részecskék mágneses teret hoznak létre. Ez az alapja a dinamóelméletnek, amely leírja, hogy a kavargó vezető folyadékok, például a Föld köpenyében keringő olvadt kőzetek hogyan hoznak létre mágneses mezőket.

Gleason és munkatársai arra a következtetésre jutottak , hogy az Ice XIX-hez hasonló szuperionos jégréteg megnövekedett vezetőképessége elősegítené a többpólusú mágneses mezők kialakulását, mint amilyenek az Uránuszból és a Neptunuszból erednek.

Ha igen, akkor ez kielégítő magyarázatot adna arra az anomáliára, amit akkor senki sem értett, amikor is a NASA 1977-ben felbocsátott Voyager II űrszondája elrepült a Naprendszerünk két említett óriásbolygója mellett, és rendkívül szokatlan mágneses tereket azonosított.

Ez is érdekes lehet:

• Mik a tektonikus lemezek? Hány darab van? És mennyire halálosak?
• A Naprendszer kilencedik bolygója felrúghatja a gravitációról alkotott elképzeléseinket